容器充填システム及び容器充填システム用の弁

関連出願の相互参照

本出願は、2013年3月22日付けで出願された「Universal Filling System and Valve for Same」という名称の米国仮特許出願第61/804,452号明細書の利益を主張する。米国仮特許出願第61/804,452号明細書は、引用により、そのすべてが本明細書に包含される。

本発明は、容器充填システム及び容器充填システム用の弁に関する。

飲料製品は、通常は、飲用することによって人間によって消費されるべく意図された製品のカテゴリである。飲料製品は、一般に、流通及び販売用のなんらかのタイプのプライマリパッケージ内に配置される。プライマリパッケージは、様々な容器タイプのうちのいずれかを含むことができる。例には、PET(PolyEthylene Terephthalate)、HDPE(High Density PolyEthylene)、又はその他のプラスチックから形成された瓶、ガラス瓶、アルミニウム瓶、カンなどが含まれる。プライマリパッケージは、単一タイプの製品の場合にも、様々なサイズ及び形状を有しうる。

プライマリパッケージ容器を飲料製品によって充填するシステムは、一般に、充填されている容器内への製品の流れを開始及び停止させる充填弁を含む。充填弁は、通常、対象である大量の飲料製品を保持するタンク又はその他のタイプのリザーバに接続されている。容器を充填する方式は、異なるタイプの飲料製品ごとに異なっている。いくつかのタイプの飲料製品の場合には、容器は、低温充填されてもよい。低温充填プロセスにおいては、製品は、その製品が冷却されるか又は室温状態にある間に容器内に供給される。いくつかのタイプの飲料製品の場合には、容器は、温間充填(warm fill)又は高温充填される。これらのタイプの充填プロセスにおいては、製品は、その製品が加熱された状態にある間に容器内に供給される。更にその他のタイプの飲料製品は、無菌状態において無菌状態の容器内に配置されなければならず、これは、無菌充填と呼称されるプロセスである。

プライマリパッケージ容器を飲料製品によって充填する現在のシステムは、狭い範囲の製品タイプ及び充填シナリオを処理するように設計されている。例えば、大部分の充填システムは、低温充填、温間/高温充填、賞味期間延長充填(extended shelf life filling)、強酸無菌充填、又は弱酸無菌充填のうちの1つのみのために設計されている。別の例として、入手可能な充填システムは、容器を相当に狭い範囲の粘度を有する製品によって充填するように設計されている。又、従来のシステムは、製品中に存在しうる有形物質(inclusion)のタイプ、サイズ、及び濃度の関連においても制限されている。又、容器を低粘度ではない製品によって充填する際(例えば、製品粘度が約20センチポイズ(0.02Pa・s)を上回っている場合)又は容器を有形物質を含む製品によって充填する際には、このような多くの従来のシステムは、格段に低減された速度において動作しなければならない。

これらの制限は、単一の充填システムによって正常にパッケージ化されうる製品空間を厳しく制限する。そして、この結果、高価な生産設備の柔軟性及び有用性が制限されることになる。製品容積が大幅に低下した場合には、或いは、1つの製品タイプがもはや不要となった場合には、異なるタイプの飲料製品によって容器を充填するべく使用可能な機器への変換は、時間と費用を所要する可能性がある。飲料充填システムの製造者は、様々な製品を処理できる単一の充填器を提供する代わりに、様々な製品を充填するべく、いくつかの充填システムをプラントに提供することを(即ち、複数の飲料充填プラットフォームを提供することを)選好している。

この「課題を解決するための手段」の節は、「発明を実施するための形態」の節において更に後述される概念の選択結果を単純化された形態で紹介するべく提供されるものである。この「課題を解決するための手段」の節は、本発明の主要な特徴又は本質的な特徴を識別するべく意図されたものではない。

実施形態は、容器充填弁を含む。充填弁は、機械的に結合されたシャトル及び駆動スリーブを含んでもよい。駆動スリーブの運動は、充填弁が閉鎖された位置から充填弁が開放状態にある位置にシャトルを運動させうる。

又、実施形態は、容器取扱アームをも含む。アームは、容器を保持するように構成された遠端と、ロードセルを含む近端と、を含んでもよい。アームは、容器によって印加される負荷とロードセルに対して印加される負荷の間の比率を変更するべく調節可能であってもよい。いくつかの実施形態においては、アームの調節は、自動的に実行されてもよい。

実施形態は、低流量設定点システムを更に含む。このシステムは、その充填弁が部分的に閉鎖される際に充填弁の閉鎖を抑止するように構成されてもよい。このシステムは、調節可能であってもよく、且つ、弁のシャトル運動を抑止するべく構成された流体アクチュエータを含んでもよい。

又、実施形態は、圧力制御システムを含む。このシステムは、リザーバ内において又はこのリザーバからの流路内において望ましい圧力を維持するように構成されてもよい。システムは、負圧である望ましい圧力を維持するように構成されてもよい。

実施形態は、例えば、高温充填動作の際に使用されうる製品再循環システムを更に含む。このシステムは、製品再循環システム内の流量を調節するように構成されてもよい。いくつかの実施形態においては、流量は、可変速度ポンプの流量を調節することにより、調節されてもよい。その他の実施形態においては、流量は、その他の方法で調節されてもよい。

実施形態は、複数のタイプの充填条件下において様々な容器タイプを様々な製品によって充填するように構成可能な充填システムを含む。製品は、1センチポイズ(cps)(0.001Pa・s)〜400cps(0.4Pa・s)の範囲の粘度を有してもよい。又、製品は、有形物質を含んでもよい。有形物質は、10ミリメートル四方の立方体ほどの大きさのサイズを有すると共に/又は1000立方ミリメートルほどの大きさの容積を有する塊又は粒子の形態を有してもよい。このような有形物質は、例えば、1ミリメートル×1ミリメートル×1ミリメートルの立方体内にフィットする有形物質などのように、1ミリメートルほどに小さくてもよい。又、有形物質は、10ミリメートルほどの長さを有する果肉嚢及び20ミリメートルほどの長さの繊維の形態を有することもできよう。製品は、複数のタイプの有形物質(粒子、塊、果肉、及び/又は繊維)を含んでもよい。製品中の有形物質の容積計測百分率は、50%ほどに高くてもよい。

実施形態は、本明細書に記述されている装置及びシステムを使用する方法を含む。

本明細書には、更なる実施形態が記述されている。

いくつかの実施形態は、限定ではなく、一例として、添付図面の各図に示されており、これらの図面においては、同一の参照符号によって類似の要素を参照している。

充填器ユニット及び対応する容器取扱アームの左側面図である。

図1Aの充填器ユニット及び容器取扱アームの正面図である。

図1Aの充填器ユニット及び取扱アームを含むカルーセルタイプの飲料製品容器充填システムの部分概略平面図である。

図1Aの充填器ユニットの拡大された正面図である。

図1Aの充填器ユニットの拡大された左側面図である。

図1Aの充填器ユニットの拡大された右側面図である。

図1Aの充填器ユニットの拡大された背面図である。

図1Aの充填器ユニットの拡大された左斜視図である。

図1Aの充填器ユニットの拡大された右斜視図である。

図1Aの、但し、特定のコンポーネントが除去された状態の、充填器ユニットの拡大左背面斜視図である。

図3Aに示されている場所から取得した部分断面図である。

図4Aに類似した、但し、充填弁が開放状態にある、断面図である。

図1Aの充填器ユニットのシャトルの拡大平面斜視図である。

図1Aの充填器ユニットのシャトルの平面図である。

図1Aの充填器ユニットのシャトルの底面斜視図である。

図5Bに示されている場所から取得した断面図である。

図5A〜図5Dの、但し、特定の要素が除去された状態の、シャトルの拡大側面斜視図である。

図1Aの充填器ユニットのメインチューブ内のシャトルの拡大平面図である。

図5Fに示されている場所から取得した拡大断面図である。

特定のその他の実施形態によるシャトルの拡大された平面図である。

特定のその他の実施形態によるシャトルの拡大された底部斜視図である。

図1Aの充填器ユニットの充填弁駆動スリーブの拡大断面斜視図である。

図6Aの駆動スリーブの斜視図である。

図1Aの容器取扱アームの左正面斜視図である。

図1Aの容器取扱アームの右正面斜視図である。

図1Aの容器取扱アームの右側面図である。

代替構成における図1Aの容器取扱アームの右側面図である。

図1Aの充填器ユニットの、ある実施形態による低流量設定点システムの動作を更に説明する、背面図の部分概略図である。

図1Aの充填器ユニットの、ある実施形態による低流量設定点システムの動作を更に説明する、背面図の部分概略図である。

図1Aの充填器ユニットの、ある実施形態による低流量設定点システムの動作を更に説明する、背面図の部分概略図である。

図1Aの充填器ユニットの、ある実施形態による低流量設定点システムの動作を更に説明する、背面図の部分概略図である。

図1Aの充填器ユニットの、ある実施形態による低流量設定点システムの動作を更に説明する、背面図の部分概略図である。

図1Aの充填器ユニットの、ある実施形態による低流量設定点システムの動作を更に説明する、背面図の部分概略図である。

図1Aの充填器ユニットの、ある実施形態による低流量設定点システムの動作を更に説明する、背面図の部分概略図である。

図1Aの充填器ユニットの、ある実施形態による低流量設定点システムの動作を更に説明する、背面図の部分概略図である。

別の実施形態による低流量設定点システムを内蔵した充填器ユニットの部分概略背面図である。

別の実施形態による低流量設定点システムを内蔵した充填器ユニットの部分概略背面図である。

別の実施形態による低流量設定点システムを内蔵した充填器ユニットの部分概略背面図である。

別の実施形態による低流量設定点システムを内蔵した充填器ユニットの部分概略背面図である。

別の実施形態による低流量設定点システムを内蔵した充填器ユニットの部分概略背面図である。

別の実施形態による低流量設定点システムを内蔵した充填器ユニットの部分概略背面図である。

別の実施形態による低流量設定点システムを内蔵した充填器ユニットの部分概略背面図である。

別の実施形態による低流量設定点システムを内蔵した充填器ユニットの部分概略背面図である。

少なくともいくつかの実施形態による圧力制御システムを含む飲料容器充填システムの一部分を示す概略図である。

少なくともいくつかの実施形態による製品再循環システムを含む飲料容器充填システムの一部分を示す概略図である。

更なる実施形態による製品再循環システムを内蔵する飲料容器充填システムの各部分を示す概略図である。

更なる実施形態による製品再循環システムを内蔵する飲料容器充填システムの各部分を示す概略図である。

いくつかの実施形態による充填システムコントローラに対する入力及び出力を示すブロック図である。

図8A〜図8H及び図8I〜図8Pに示されている動作との関連において充填システムコントローラによって実行されうるアルゴリズムの一例を示すフローチャートである。

図8A〜図8H及び図8I〜図8Pに示されているものに類似した動作との関連において充填システムコントローラによって実行されうる代替アルゴリズムの一例を示すフローチャートである。

圧力制御システムとの関連において充填システムコントローラによって実行されうるアルゴリズムの一例を示すブロック図である。

製品再循環システムとの関連において充填システムコントローラによって実行されうるアルゴリズムの一例を示すブロック図である。

特定の実施形態による方法のステップを示すブロック図である。

特定の実施形態による方法のステップを示すブロック図である。

特定の実施形態による方法のステップを示すブロック図である。

特定の実施形態による方法のステップを示すブロック図である。

様々な実施形態の以下の説明においては、本明細書の一部分を形成する添付図面が参照されており、且つ、これらの添付図面には、例示を目的として、様々な実施形態が示されている。その他の実施形態が存在しており、且つ、構造的且つ機能的な変更が施されてもよいことを理解されたい。本発明の実施形態は、特定の部分及びステップにおいて物理的な形態を有してもよく、これらの例については、以下の説明において詳述されると共に本明細書の一部分を形成する添付図面において図示されることになる。

請求項を含む本出願において使用されている以下の用語は、それぞれ後述されている意味を有するものとする。「<機能又は動作>のために構成された」は、特定のコンポーネント、装置、又はシステムとの関連において使用された際に、対象のコンポーネント、装置、又はシステムが、識別された動作又は機能を実行する用意が整っている状態にコンポーネント、装置、又はシステムを配置する構造を含んでいることを示している。「流体」とは、そうではない旨が示されていない限り、液体であるか、気体であるか、又は液体と気体の混合物であってもよい。「含む」は、「有する」と同義である。例えば、「Xは、要素Yを含む」という記述は、Xがその他の要素を含むことを排除するものではない。

少なくともいくつかの実施形態による飲料容器充填システムは、充填弁及び/又は本明細書に記述されているその他の機器を含んでもよい。更に詳細に後述するように、これらの充填システムは、異なるタイプの容器を様々な飲料製品によって且つ複数の異なる充填シナリオ下において充填することができる。例えば、1つの期間において、充填システムは、低温充填(Cold Fill:CF)システムとして動作してもよく、且つ、冷却された又は室温の飲料製品によって容器を充填してもよい。別の期間において、この同一の充填システムは、高温充填(Hot Fill:HF)システムとして動作してもよく、且つ、加熱された飲料製品によって容器を充填してもよい。更に別の期間において、この充填システムは、賞味期間延長(Extended Shelf Life:ESL)充填システムとして動作してもよい。その他の期間において、この充填システムは、強酸無菌(High Acid Aseptic:HAA)充填システムとして又は弱酸無菌(Low Acid Aseptic:LAA)充填システムとして動作してもよい。

又、いくつかの実施形態による充填システムは、様々な飲料製品タイプに対応したものであってもよい。少なくともいくつかのこのようなシステムは、約1センチポイズ(cps)(0.001Pa・s)〜約400cps(0.4Pa・s)の範囲の粘度を有する飲料製品によって容器を充填することができる。この粘度範囲内の飲料製品の非限定的な例には、水(1cps(0.001Pa・s))、ミルク(3cps(0.003Pa・s))、フルーツジュース(55〜75cps(0.055〜0.075Pa・s))、トマトジュース(180cps(0.18Pa・s))、及び飲用可能なヨーグルト(50〜400cps(0.05〜0.4Pa・s))が含まれる。

又、いくつかの実施形態によるシステムは、硬質又は軟質の有形物質を有する液体を有する複数相の飲料製品によって容器を充填している。有形物質は、塊、粒子、果肉、及び/又は繊維の形態を有してもよい。軟質有形物質の例は、フルーツ塊、野菜塊、ガム片、タピオカ片、その他のタイプの軟質食品製品、完全なフルーツ果肉嚢、及びフルーツ繊維を含む。硬質有形物質の例は、種、ナッツ片、及び穀物を含む。少なくともいくつかの実施形態においては、システムは、約10ミリメートル(mm)×約10mm×約10mmの立方体ほどに大きなサイズを有する又はこの内部にフィットしうる粒状物質又は塊タイプの有形物質(硬質又は軟質)、10mmほどの長さの果肉嚢有形物質、及び20mmほどの長さの繊維有形物質を有する飲料製品によって容器を充填することができる。製品は、複数タイプの有形物質(粒子、塊、果肉、及び/又は繊維)を含んでもよい。このような製品中の有形物質の百分率(容積による)は、50%ほどに大きくてもよく、1%ほどに(或いは、場合によっては、0%ほどに)小さくてもよく、或いは、これらの間の任意の百分率値であってもよい。但し、いくつかの例として、様々な実施形態においては、システムは、1%未満の、約1%の、1%〜5%の、5%〜10%の、10%〜15%の、15%〜20%の、少なくとも20%の、少なくとも25%の、少なくとも30%の、少なくとも35%の、少なくとも40%の、又は少なくとも45%の容積計測濃度の有形物質を有する飲料製品によって容器を充填することができる。これらの容積計測有形物質濃度のそれぞれに対応した実施形態においては、有形物質の少なくとも一部分のそれぞれは、1立方ミリメートル以下の容積(例えば、有形物質のそれぞれは、1mm×1mm×1mmの立方体内においてフィットしている)、少なくとも125立方ミリメートルの容積(例えば、5mm×5mm×5mmの立方体)、少なくとも216立方ミリメートルの容積(例えば、6mm×6mm×6mmの立方体)、少なくとも343立方ミリメートルの容積(例えば、7mm×7mm×7mmの立方体)、少なくとも400立方ミリメートルの容積(例えば、7.37mm×7.37mm×7.37mmの立方体)、少なくとも512立方ミリメートルの容積(例えば、8mm×8mm×8mmの立方体)、又は少なくとも729立方メートルの容積(例えば、9mm×9mm×9mmの立方体)を有してもよい。有形物質は、球体であってもよく、或いは、任意のその他の形状を有してもよい。

図1Aは、少なくともいくつかの実施形態による充填器ユニット10及び関連する容器取扱アーム20の左側面図である。図1Bは、充填器ユニット10及び取扱アーム20の正面図である。図1A及び図1Bは、充填器ユニット10の下方の充填位置において飲料容器Cを保持する取扱アーム20を示している。容器Cがその充填位置にある間に、充填器ユニット10の充填弁は、飲料製品が容器Cの首部内の開口部に流入することを制御自在に許容してもよい。充填器ユニット10及び容器取扱アーム20の更なるコンポーネントのみならず、それらの動作についても、後述する。又、こちらも後述するように、いくつかの実施形態における完成した充填システムは、充填器ユニット10と同一の複数の更なる充填器ユニットと、アーム20に類似した複数の容器取扱アームと、を含んでもよい。

充填器ユニット10は、支持棚11に取り付けられている。図2との関連において更に詳細に後述するように、支持棚11は、円形パターンにおいて位置するように配列された更なる充填器ユニットを保持してもよい。充填器ユニット10の入口チューブは、供給チューブ12を通じて製品リザーバ(図1A及び図1Bには、示されていない)に接続されている。再循環パイプ13は、本明細書において更に詳しく記述されるように、製品を再循環させるべく使用されうるシステムの一部分である。

図1Aの破線は、バリア30の一部分を概略的に示している。バリア30内の空間は、充填器ユニット10の下方において、且つ、同一の充填システム内のその他の充填器ユニットの下方において、無菌ゾーン31を形成している。従来の充填システム内において見出される無菌ゾーンバリアに類似しうるバリア30は、それぞれ、上部の、内側の、下部の、及び外側のパーティション32、33、34、及び35を含んでもよい。殺菌済みの空気が無菌ゾーン31内にポンプ供給されてもよい。次いで、この殺菌済みの空気は、汚染物質が無菌ゾーン31に進入することを防止するべく、パーティション32〜35内の又はこれらの間の開口部から流出する。取扱アーム20、再循環パイプ13、及びその他の装置(図示されてはいない)は、このような開口部を通じて無菌ゾーン31内に延在してもよい。図1Bには、上部パーティション32、内側パーティション33、及び下部パーティション34が、外側パーティション35が省略された状態において、示されている。図1Bの右側及び左側の湾曲したラインによって示されているように、バリア30は、その他の充填器ユニットの下方において無菌ゾーン31を延在させるように、充填器ユニット10の両側部を超えて継続してもよい。図1A及び図1Bは、棚11を内蔵したバリア30を示しているが、これに限定される必要はない。いくつかの実施形態においては、例えば、無菌ゾーンバリアの上部パーティションは、その弁のその他の部分に対して充填弁のカップを接続するクランプ(例えば、図1A及び図1Bの棚11の直接下方に示されているクランプ)の下方に配置されてもよい。

図2は、充填器ユニット10(円として象徴的に示されている)と取扱アーム20(矩形として象徴的に示されている)を含むカルーセルタイプの飲料製品容器充填システム40の部分概略平面図である。充填システム40は、71個の更なる充填器ユニット10と、71個の更なる取扱アーム20と、を含む。利便を目的として、1つの充填器ユニット10及び1つの取扱アーム20のシンボルのみにラベルが付与されている。その他の充填器ユニット10及び取扱アーム20の場所は、ラベル付与されたシンボルに類似したその他のシンボルの位置から明らかである。充填システム40は、図示のように、時計回りの方向において回転する。充填器ユニット10は、システム40のカルーセルの外周の近傍において配列されている。これらの充填器ユニット10のそれぞれと関連付けられた取扱アーム20は、システム40のカルーセルの中心に向かって半径方向を内向きに延在している。先程示されているように、棚11は、円形の構成で充填器ユニットを保持するように、リングの形態であってもよい(或いは、リングを形成するべく結合された複数のブラケットであってもよい)。更なるブラケット(図示されてはいない)が、取扱アーム及び充填システム40のその他のコンポーネントを支持してもよい。又、図2には、バリア30の境界も示されている。上部パーティション32、内側パーティション33、及び下部パーティション34は、外側パーティション35が静止状態に留まった状態において、充填システム40の回転するカルーセル部分に装着されてもよい。外側パーティション35は、コンベアが空の容器をカルーセル内に供給するための、且つ、別のコンベアがカルーセルから充填済みの容器を搬送するための、開口部を含んでもよい。図2には、これらのコンベア用の適切な場所が、空の容器がカルーセルに移動する方向及び充填済みの容器がカルーセルから移動する方向を示す矢印により、示されている。

図2には示されていないが、充填システム40のその他のコンポーネントが、充填器ユニット10及びこれらの対応する取扱アーム20によって取り囲まれた中央カルーセル領域内に配置されてもよい。これらのコンポーネントは、限定を伴うことなしに、製品リザーバ、製品再循環システム、圧力制御システム、及び本明細書に記述されているその他のコンポーネントを含むことができる。図2は、いくつかの実施形態による充填器ユニット及び取扱アームの1つの構成を示すものに過ぎない。その他の実施形態は、更に少ない又は更に多い数の充填器ユニットと取扱アームのぺアを含んでもよい。充填システムは、回転可能である必要はない。例えば、いくつかの実施形態においては、本明細書に記述されているものなどの充填器ユニット及び/又は容器取扱アームが線形で配列されてもよい。

図3Aは、充填器ユニット10の拡大正面図である。図3Bは、充填器ユニット10の拡大左側面図である。図3Cは、充填器ユニット10の拡大右側面図である。図3Dは、充填器ユニット10の拡大背面図である。図3Eは、充填器ユニット10の左正面斜視図である。図3Fは、充填器ユニット10の右正面斜視図である。

充填器ユニット10は、図3A〜図3Fにおいては閉鎖されている充填弁50を含む。充填弁50は、入口チューブ51、メインチューブ52、及びカップ53によって形成されたハウジングを含む。メインチューブ52の下部部分は、支持棚11内の開口部を通じて延在すると共に保持バー54及びねじ55によって定位置において保持されている。メインチューブ52は、それぞれ、カップ53及び入口チューブ51に従来型のクランプ56及び57によって装着されてもよい。クランプ56及び57のそれぞれは、当技術分野において「トリクランプ(Tri−Clamp)」と一般に呼称されるタイプであってもよい。接続を封止形成するべく、従来の衛生ガスケット(例えば、「トリクランプ」クランプと共に一般に使用されているタイプのもの)が、入口チューブ51とメインチューブ52の間に且つメインチューブ52とカップ53の間に存在してもよい。製品再循環パイプ13は、カップ53の底部から製品再循環システムまで延在している。この製品再循環システムのコンポーネント及び動作については、図9Bとの関連において後述する。

又、充填弁50は、メインチューブ52を取り囲む磁気駆動スリーブ60をも含む。駆動スリーブ60は、メインチューブ52に沿って運動可能である。更に詳細に後述するように、充填弁50のハウジングの内部に配置されたシャトルが駆動スリーブ60に磁気結合されている。充填弁50が閉鎖された際に、シャトルの底部端部上の止め具は、カップ53の底部内の供給出口を閉鎖するように、位置決めされる。入口チューブ51に向かう駆動スリーブ60の運動は、シャトルを上向きに運動させ、これにより、シャトルの止め具を出口から外に運動させ、且つ、製品が、出口から外に、且つ、カップ53の下方の充填位置に配置された容器内に、流れることを許容する。

弁50に加えて、充填ユニット10は、2つの流体アクチュエータ70及び80を含む。流体アクチュエータ70は、メインハウジング71を含む。アクチュエータ70のロッド72は、ハウジング71から延長及び退却すると共にハウジング71の内部の運動可能なピストンに結合されている。同様に、流体アクチュエータ80も、メインハウジング81と、ハウジング81から延長及び退却すると共にハウジング81内のピストンに結合されたロッド82と、を含む。アクチュエータ70及び80の下部端部は、支持棚11に回動自在に装着されている。ロッド72及び82の上部端部73及び83は、後述するように、更なるコンポーネントを介して、駆動スリーブ60に結合されている。アクチュエータ70は、充填弁50を開閉するように構成されている。充填弁50を開放するべく、結合部75を通じたハウジング71の上部ピストンチャンバからの空気の逃避が許容された状態において、加圧された空気が、結合部74を通じてハウジング71の下部ピストンチャンバに導入される。充填弁50を閉鎖するべく、加圧された空気が結合部75を通じて上部チャンバに導入される状態において、結合部74を通じた下部チャンバからの空気の逃避が許容される。アクチュエータ70のチャンバの内部への且つこれから外への空気の流れは、図示されてはいない従来型のソレノイドによって作動する空気弁を使用することにより、制御されてもよい。

アクチュエータ80は、駆動スリーブ60の運動を停止させるように構成されている。具体的には、且つ、図8A〜図8Hとの関連において更に詳細に後述するように、アクチュエータ80は、調節自在の低流量設定点システムの一部分である。流体は、結合部84を通じてハウジング81の下部ピストンチャンバに進入し、且つ、これから離脱する。流体は、結合部85を通じてハウジング81の上部ピストンチャンバに進入し、且つ、これから離脱する。

図3Gは、充填器ユニット10の、但し、充填ユニット10の特定の基礎をなす構造を相対的に良好に示すべくアクチュエータ70及び80並びに様々なその他のコンポーネントが除去された状態の、拡大左背面斜視図である。図3A〜図3Fにおけるように、充填弁50は、図3Gにおいては、閉鎖されている。ライザブラケット91の下部端部は、駆動スリーブ60に装着されている。クロスバー92が上部端部の近傍においてライザブラケット91に装着されている。又、ガイドブロック93が上部端部の近傍においてライザブラケット91に装着されている。ガイドロッド94は、ガイドロッド94の底部端部が支持棚11に装着された状態において、ガイドブロック93内の孔95を通じて上向きに延在している。孔95は、ガイドブロック93がロッド94に沿って上下に摺動しうるように、サイズ設定されている。アクチュエータ70及び80のロッド72及び82の上部端部73及び83は、クロスバー92に装着されている。

調節自在のロッド110(図3C)が駆動スリーブ60の上向きの運動を制限している。ロッド110の底部上の止め具111は、駆動スリーブ60がその上向きのストロークの最上部に存在している際に、プレート112の裏面に当接する。1つ又は複数のコイルスプリング113が、ガイドロッド94上において位置決めされると共にガイドロッド94を通じてピンによって拘束されている。別のガイドブロック115(図3Cにおいて可視状態にある)が、ライザブラケット91の下端部に装着されており、且つ、更には、駆動スリーブ60が上昇又は下降するのに伴って、ガイドロッド94上において摺動する。スプリング113は、駆動スリーブ60が上昇した際に、ガイドブロック115及びピンによって圧縮される。従って、スプリング113は、充填弁50を閉鎖位置に対して付勢する。この結果、停電の場合に弁50を自動的に閉鎖するフェイルセーフ閉鎖機能が提供される。光学フラグ120が、クロスバー92(図3E)に装着されてもよく、且つ、光学センサ121内のスロットの内部に且つこれから外に運動してもよい。センサ121については、図8A〜図8Hとの関連において更に詳細に後述する。

図4Aは、図3Aに示されている場所から取得した部分断面図である。クランプ56及び57並びに充填器ユニット10のその他の外部コンポーネントは、図4Aから省略されている。図4Aの断面には、入口チューブ51、メインハウジング52、カップ53、及び駆動スリーブ60が示されている。図4Aは、充填弁50のシャトル200を明示している。シャトル200は、図4Aの断面には、示されていない。

シャトル200は、中央ステム201と、4つの磁気駆動リング210a、210b、210c、及び210dと、を含む。駆動リング210a〜210dは、「リング210」と集合的に呼称され、リング210のうちの任意のものも、一般的に、「リング210」と呼称される。この説明の別のところにおいても、複数の類似の又は同一のコンポーネントに対して添え字を有する共通的な参照符号が割り当てられている場合には、同様の表記法が使用される。

更に詳細に後述するように、リング210のそれぞれは、駆動スリーブ60の磁石との間において反発状態となるように方向付けされると共にリング210のステンレス鋼エンクロージャ内において封止された複数の磁石を含む。ステム201は、案内羽根要素202及び端部要素203によって延長されている。案内羽根要素202は、ねじが切られた接続204においてステム201に接続され、且つ、ねじが切られた接続205において端部要素203に装着されている。充填弁50が閉鎖された際に、且つ、図4Aに示されているように、端部要素203の一部分は、出口49を通じた製品の流れを妨げるように、出口49の内部エッジ及び肩部上において休止する。

図4Bは、図4Aに類似した、但し、充填弁50が開放状態にある、断面図である。充填弁50が開放状態にある際には、且つ、図4Bに示されているように、駆動スリーブ60は上昇する。駆動スリーブ60及び駆動リング210の磁石は、反発状態にあることから、リング210は、メインチューブ52の長手方向の中心線の周りにおいてセンタリングされた状態に留まる。更に詳しく後述するように、リング210及びスリーブ60内の磁石の磁気力により、「磁気スプリング」が形成される。このスプリングは、図4Aにおいては、圧縮されたものとして示されてはいない。シャトル200は、スリーブ60に磁気的に結合されていることから、スリーブ60によって上下に運動する。シャトル200が上方に運動した際には、端部要素203は、開口部49から退却し、且つ、製品は、開口部49からカップ53の下方において位置決めされた容器に流れることができる。

図4A及び図4Bにおいて観察されるように、充填弁50のハウジングの内部を通じた流路は、実質的にまっすぐである。いくつかの実施形態においては、出口49は、約0.625インチ(1.5875cm)の幅を有する。開口部又はその他の流路のサイズを記述する際に本明細書において使用されている「幅」は、開口部又は通路が円形である場合には、直径であってもよいであろう。

図5Aは、充填弁50から取り外されたシャトル200の平面斜視図である。以下に示されている点を除いて、駆動リング210は、実質的に互いに同一である。リング201b〜201dのそれぞれは、リング210aの内側壁211a及び外側壁212aと同様の内側壁211及び外側壁212を含む。又、リング210のそれぞれは、スイーパ隆起部232をも含み、これらのスイーパ隆起部については、後述する。図5D及び図5Eとの関連において後述するように、磁石は、それぞれのリング210の内側壁211と外側壁212の間の空間内において封止されている。リング210は、3つの半径方向の羽根220によってステム201に接続されている。図示の実施形態においては、羽根220のそれぞれは、中実であると共にリング210の長さ全体にわたって延在している。羽根220は、互いに等しく離隔していてもよく、即ち、隣接する羽根220の間の角度は、120°であってもよい。従って、羽根220及びリング210の内側壁212は、3つの等しくサイズ設定された120°の扇形221を形成している。図5Bは、シャトル200の平面図である。少なくともいくつかの実施形態においては、扇形221は、10mmの立方体の有形物質が通過しうるように、サイズ設定されている。

図5Cは、シャトル220の底部斜視図である。案内羽根要素202は、充填弁50を通じて供給されている飲料製品の流れをまっすぐにすることを支援する3つの半径方向に延在する羽根208を含む。端部要素203は、カップ53の出口49を封止する丸い止め具224を含む。止め具要素203の終端端部225は、出口49を通じて延在するように、サイズ設定されている。弁50の閉鎖の際に、終端端部225は、明確な中断を提供するように、出口49の喉部内において捕獲されうる有形物質を切断するせん断力を提供する。この結果、閉鎖された出口49からの断片の発散が回避される。これらの断片は、高温充填又は無菌充填動作において望ましくないであろう。更に詳細に後述するように、終端端部225は、製品の流れを低減すると共に過充填を防止し且つ充填精度を改善するように、低流量動作の際には、出口49内に部分的に位置してもよい。

図5Dは、図5Bに示されている場所からのシャトル200の断面図である。上述のように、且つ、図5Dにおいて可視状態にあるように、羽根220は、すべての4つの駆動リング210の長さにわたって延在している。それぞれの羽根220は、2つの隣接したリング210の間の空間内においてわずかな凹入を含む。図5Dにおいて観察されるように、且つ、図5Gとの関連において更に後述するように、それぞれのリング210の内側壁211は、上部フランジ228と、下部フランジ227と、を含む。それぞれのリング210のスイーパ隆起部232は、その上部フランジ228から外向きに延在している。磁石230は、内側壁211、それぞれの関連するフランジ227及び228、並びに、外側壁212の間の空間内に配置されている。

図5Eには、リング210内の磁石230の配列が更に示されている。図5Eは、特定の要素が除去された状態のシャトル200の側面斜視図である。内側壁211aの外側面231a及び下部フランジ227aの内側エッジを明示するべく、外側壁212a及び磁石230がリング210aから取り外されている。磁石230を明示するべく、リング210b及び210cの外側壁212b及び212cが取り外されている。磁石230は、リング210a及び210d内において同様の方式によって配列されている。

図5Fは、充填弁50のその他の要素が省略された状態におけるメインチューブ52内のシャトル200の平面図である。図5Gは、図5Fに示されている場所から取得した拡大部分断面図である。それぞれの駆動リング210は、3つのバンド内に配列された磁石230を含む。それぞれのバンドは、個々の磁石230の4つの同心サブバンドを含む。図5Eにおいて観察されるように、磁石230のそれぞれは、駆動リング210の周囲の小さな扇形に跨ってのみ延在している。バンド内の磁石230は、リング210を囲むように、エンドツーエンド状態で配列されている。

又、図5Gも、スイーパ隆起部232の更なる詳細を示している。リング210とメインチューブ52の内側壁の間のクリアランスは、種又はその他の有形物質がメインチューブ52とリング210の間の空間に到達することを妨げるように、スイーパ隆起部232の領域内において狭められている。いくつかの実施形態においては、スイーパ隆起部232の外側エッジとメインチューブ52の内側壁の間のクリアランスは、約0.01インチ(0.0254cm)である。リング210の(外側壁212の外側における)外側側部とメインチューブ52の内側壁の間のクリアランスは、種又はその他の小さな有形物質が駆動リング210とメインチューブ52の内側壁の間において挟まることを防止するように、サイズ設定されてもよい。少なくといくつかの実施形態においては、このクリアランスは、約0.049インチ(0.1245cm)であってもよい。

スイーパ隆起部232の上部面は、角度αだけ、リング210の中心に向かって下方に傾斜している。これらの下向きに傾斜した面は、シャトル200の上向きのストロークの際に、且つ、製品がメインチューブ52を通じて且つシャトル200を通過して流れている間に、シャトル200の中心に向かって有形物質をガイドすることを支援する。いくつかの実施形態においては、下部フランジ227の底面は、角度βだけ、リングの中心に向かって上向きに傾斜させられてもよい。これらの上向きに傾斜した面は、シャトル200の下向きのストロークの際にシャトル200の中心に向かって有形物質をガイドすることを支援する。いくつかの実施形態においては、α及びβは、それぞれ、約6度であってもよい。最上部のリング210aのスイーパ隆起部232aは、唇部234を更に含んでもよい。唇部234の上部面は、相対的に相当に鋭い角度で中心シャトル200に向かって下方に傾斜していてもよい。

図5Gにおいて更に観察されるように、リング210の外側壁212は、相対的に薄い。いくつかの実施形態においては、外側壁212は、弱い磁気吸着力を有する0.006インチ(0.0152cm)の厚さの加工硬化型316Lオーステナイトステンレス鋼から形成されている。組立を促進するべく、壁212を形成する薄片が硬質状態において使用される。壁212の薄さは、シャトル200の磁石230とスリーブ60の磁石230の間の距離を極大化させつつ、壁212とメインチューブ52の内側壁の間のクリアランスを極大化させる。外側壁212は、磁石230をリング210内において封止すると共にそれぞれの磁石230が弁50を通過しうる飲料製品又は洗浄溶液に接触することを防止するべく、定位置においてレーザー溶接されてもよい。外側壁212のレーザー溶接は、清浄さを促進するべく、研磨されてもよい。

少なくともいくつかの実施形態においては、フランジ227及び228、スイーパ隆起部232、唇部234、羽根220、及びステム201を含むそれぞれのリング210の内側壁211は、316オーステナイトステンレス鋼の単一の一体片による一体的ユニットとして形成されてもよい。単一片ユニットは、例えば、電気放電機械加工(Electrical Discharge Machining:EDM)により、形成されてもよい。又、案内羽根要素202及び止め具要素203も、316Lオーステナイトステンレス鋼から機械加工されてもよい。シャトル用の軟質のオーステナイト材料の使用は、シャトル200と磁石230の磁界の間の相互作用を極小化する。

図5H及び図5Iは、それぞれ、特定のその他の実施形態によるシャトル200’の拡大平面図及び底面斜視図である。シャトルの代替肢として、シャトル200’が充填弁50内において使用されてもよい。シャトル200’は、羽根220’との関連を除いてシャトル200と同一であってもよい。具体的には、シャトル200’は、リング210a’〜210d’を中心ステムに接続する6つの半径方向の羽根220’を含む。羽根220’は、大扇形221及び小扇形222を形成するように、配列されてもよい。大扇形221は、10mmの立方体の有形物質物が通過しうるように、サイズ設定されてもよい。

上述のように、リング210は、メインチューブ52内において上下に移動する。又、いくつかの実施形態においては、メインチューブ52は、316Lオーステナイトステンレス鋼から形成されている。メインチューブ52の例示用の壁の厚さは、約0.044インチ(0.1118cm)であり、例示用の円筒度は、0.0025インチ(0.0064cm)以内である。

少なくともいくつかの実施形態においては、カップ53は、PEEK(PolyEther Ether Ketone)から形成されている。PEEKは、非常に剛性であると共に丈夫であるが、端部要素203の止め具224と出口49の内側上部エッジ及び肩部の間の封止を許容するための十分な柔軟性を有しており、これにより、弁50が閉鎖された際に出口49を封止するための更なるガスケットの必要性が回避される。

図6Aは、駆動スリーブ60の拡大断面斜視図である。図6A内の断面プレーンは、図4A及び図4Bのものと同一である。図6Bは、内部構造の詳細を更に明らかにするべく、スリーブ60のリングが分離されている駆動スリーブ60の斜視図である。図示の実施形態においては、駆動スリーブ60は、磁気保持リング300a、300b、300c、及び300dを含む。それぞれのリング300は、2つのハーフリングを含む。例えば、リング300dは、ハーフリング301d及び302dを含む。ハーフリング301d及び302dの端部は、結合部303d及び304dにおいて会合している。第2リング300cは、結合部303c及び304cにおいて会合しているハーフリング301c及び302cを含む。第3リング300bは、結合部303b及び304bにおいて会合しているハーフリング301b及び302bを含む。第4リング300aは、結合部303a及び304aにおいて会合しているハーフリング301a及び302aを含む。カバープレート310は、結合部313及び314において会合している2つのハーフプレート311及び312を含む。

ハーフリングのそれぞれは、PEEKから機械加工されてもよく、且つ、上部表面内において形成された7つのチャネルを含んでもよい。この結果、磁石230の2つの列は、それぞれのチャネル内において配置され、且つ、止めねじ320により、定位置において保持される。後述するスリーブ60内の磁石230の向きは、それぞれの磁石230を、半径方向を外向きに押す磁気反発力を結果的にもたらす。止めねじ320は、これらの外向きの力に抵抗し、且つ、磁石230を固定する。磁石230及び止めねじ320は、そのチャネル319の更なる詳細を示すべく、ハーフリング301c内のチャネル319のうちの1つから省略されている。ハーフリング301a、302a、301b、302b、301c、302c、301d、及び302d内のそれぞれのチャネル319は、ボルトがそれを通じて挿入されると共に下部ハーフリング内においてねじが切られた孔322に固定される皿孔321を含む。これは、ハーフリング301c内の1つの孔321及びハーフリング301d内の対応する孔322について、不均等な破線によって示されている。

それぞれのリング300の向きは、隣接するリング300との関係において90度だけ回転されている。例えば、リング300dの結合部303d及び304dの間のラインは、リング300cの結合部303c及び304cの間のラインに対して垂直である。リング300c及び300b及びリング300b及び300aとの関連において、類似のパターンが使用されている。リング300のハーフリングは、互いに直接的にボルト締結されてはいない。その代わりに、それぞれのリング300のハーフリングは、隣接するリング300に対するそれぞれの装着により、定位置において保持されている。例えば、リング300dのハーフリング301dは、ハーフリング301cの一端及びハーフリング302cの一端に装着されている。同様に、ハーフリング302dも、ハーフリング301c及び302cの他端に装着されている。ハーフリング301b及び302bとの関係において、ハーフリング301c及び302cについて、且つ、ハーフリング302a及び302aとの関係において、ハーフリング301b及び302bについて、類似のパターンが使用されている。

駆動スリーブ60は、ハーフリング301d及び302dのチャネル319内に磁石230を装填し、これらの磁石230を止めねじ320によって固定し、且つ、次いで、ハーフリング301d及び302dをメインチューブ52の周りの定位置に配置することにより、組み立てることができる。次いで、磁石230が設置されていない状態において、メインチューブ52の周りの位置に、且つ、ハーフリング301d及び302dの上部において、ハーフリング301c及び302cを配置することができる。次いで、留め具をハーフリング301c及び302cのチャネル319内の孔321を通じてハーフリング301d及び302dの孔322内に配置し、且つ、締め付ける。次いで、磁石230をハーフリング301c及び302cのチャネル319内に配置することが可能であり、且つ、止めねじ320によって固定することができる。類似の手順は、リング300b及び300aについて実行することができる。最後に、ボルト(図6Bには示されていない)をハーフプレート311及び312内の皿孔及びハーフリング301a及び302a内の孔322を通じて挿入することにより、ハーフプレート311、312をリング300aの上部において設置する。又、図6Bには、スリーブ60がそれによってライザブラケット91に装着されうる孔399a(リング300a)及び399c(リング300c)も、示されている(図3Gを参照されたい)。

少なくともいくつかの実施形態においては、シャトル200の磁石230及び駆動スリーブ60は、湾曲したネオジミウム鉄ボロン(NDFeB)グレードのN45Hであってもよい。この最大で248°Fの動作温度に対応したグレードによれば、磁石230は、洗浄及び/又は殺菌サイクルの際に弁50の殺菌と関連した温度に耐えることができる。更に高い最大動作温度を有する磁石が、入手可能であり、且つ、いくつかの実施形態においては、使用されてもよい。磁石230は、エンドツーエンド状態において配置された14個の磁石が、43mmの外径、39mmの内径、及び5mmの高さを有するバンドを形成するように、サイズ設定されてもよい。磁化は、それぞれの磁石のN極が外部面上に位置するように、内部湾曲部から外側湾曲部までであってもよい。磁石230は、N極面が、内向きに、且つ、シャトル200に向かって、方向付けされるように、スリーブ60内に配置される。磁石230は、N極面が、外向きに、且つ、スリーブ60に向かって、方向付けされるように、シャトル200内において配置される。

いくつかの実施形態においては、スリーブ60のいくつかのチャネル319内の磁石230は、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)ベアリング要素によって置換されてもよい。例えば、孔399a(矢印398aによって示されている)の直接上方におけるリング300aのチャネル319内のすべての磁石230及びリング300a(矢印397aによって示されている)の他側部上のチャネル319内のすべての磁石、結合部303d(矢印395d及び396dによって示されている)の両側部上のリング300dのチャネル319内のすべての磁石230及び結合部304d(矢印393d及び394dによって示されている)の両側部上のリング300dのチャネル319内のすべての磁石230は、省略されてもよい。次いで、PTFEベアリングが、これらの磁石230が省略されているチャネル319のそれぞれの内部に挿入されてもよい。いくつかの実施形態においては、これらのPTFEベアリングは、7/16インチ(17.78/40.64cm)の直径のストックPTFEロッドから約9/16インチ(22.86/40.64cm)の長さの断片を切り出すことにより、製造されてもよい。これらのPTFEベアリングは、それぞれの個々のチャネル319の止めねじ320から、且つ、リング300a及び300dの内径をわずかに超えて、延在している。次いで、それぞれの止めねじ320を使用することにより、それぞれのPTFEベアリングの内側端部がメインチューブ52の外側壁に接触するように、PTFEベアリング上における圧縮を調節してもよい。このようなPTFEベアリングの使用は、メインチューブ52上におけるスリーブ60の移動を滑らかにし、且つ、メインチューブ52上における損耗を低減しうる。

図4A及び図4Bから理解できるように、且つ、図5A〜図5Gとの関連におけるシャトル200の説明及び図6A及び図6Bとの関連におけるスリーブ60の説明に鑑み、シャトル200の駆動リング210aの磁石230は、スリーブリング300a及びスリーブリング300bの磁石230によって挟まれている。シャトル200のリング210b及び210cの磁石は、それぞれ、リング300b及び300c並びにリング300c及び300dの磁石により、挟まれている。磁石230の反発力は、それぞれのリング210がそのリング210の直接上方又は下方にあるスリーブ60のリング300を通過するように運動することを妨げる。この結果、スリーブ60を上下に運動させることによってシャトル200を上下に運動させることができる結合が得られる。

リング300との関係におけるリング210の千鳥状の構成は、更なる利点を提供する。例えば、この構成は、リング300とリング210の間の反発力を正確且つ反復可能な垂直方向のアライメント状態に配置する。更には、この千鳥状の構成は、所定程度の磁気スプリング力を提供する。具体的には、下向きの垂直方向の力をもリング60に印加しつつ、止め具要素203が(図4Aに示されているように)出口49の内部エッジ及び肩部上に休止している際に、上向きの垂直方向の力をシャトル200に印加することにより、リング300a〜300dは、それぞれ、リング210a〜210dに更に近接した状態に運動する。リング300とリング210の間の間隔が減少するのに伴って、これらの2つのリングを分離するべく試みる反発磁気力が増大する。次いで、スリーブ60が再度上向きに運動した際に、シャトル200は、スリーブ60との関係においてそのオリジナルの場所にスプリングによって戻る。この結果、スリーブ60は、弁50を閉鎖した際に、シャトル200をわずかに過移動させることが可能であり、この結果、磁気スプリングが圧縮され、且つ、シャトルが、一定の力を出口49の内部エッジ及び肩部に対して印加する結果となる。

又、図4Aにおいて観察されるように、リング210及び300は、それぞれのリング210の上方においてリング300が存在しているが、210a、210b、及び210cの下方においてのみ、リング300が存在するように、千鳥状になっている。この構成によれば、閉鎖の際に弁50を封止するべくシャトル200上において増大した利用可能な下向きの力を提供するように、下向き方向における相対的に大きな磁気結合が可能である。少なくともいくつかの実施形態においては、下向きの方向におけるシャトル200とスリーブ60の間の結合力は、十分な閉鎖力と、十分に高速の閉鎖時間と、を提供するべく、少なくとも30ポンド(13.607kg)である。又、この閉鎖力は、弁50が閉鎖している際に出口49内において休止しうる有形物質のせん断を促進する。

いくつかの実施形態においては、単一のリング磁石により、リング210内の磁石230のセグメント化された組立体を置換しうるであろう。同様に、単一のリング(又は、ハーフリング)磁石により、スリーブ60のリング内において使用されている磁石230のセグメント化された組立体を置換しうるであろうが、リング300用の単一のリング磁石は、リング210用に使用される単一のリング磁石よりも大きな直径を有することになろう。又、このような単一のリング磁石は、NDFeBグレードのN45Hであってもよいであろう。

図1A及び図1Bを簡潔に再度参照すれば、いくつかの実施形態においては、充填器ユニット10は、容器取扱アーム20との関連において使用されている。後述するいくつかのアーム20のコンポーネントのわずかな運動を除いて、アーム20は、充填ユニット10との関係において実質的に固定されている。空の容器Cは、充填動作の開始時点において、又はこの前に、アーム20のグリッパ内において受け取られる。充填器ユニット10の充填弁50を開放した際に、飲料製品は、充填弁50の出口49から、且つ、その容器Cの開放した上部を通じて、供給される。この容器Cの重量は、充填されるのに伴って増大する。アーム20内のロードセルは、この重量を示す信号を送信する。この結果、コントローラは、これらの信号に基づいて、充填弁50を閉鎖する際を判定してもよい。

容器Cは、従来の方式によってアーム20上に配置されてもよい。例えば、充填システム40(図2)のアーム20のうちの1つは、連続的に回転するカルーセルが、このアーム20を、第1コンベアが空の容器Cを通過する取扱アームによって受け取られるように供給する(例えば、図2の6時の位置における)場所を通過するように、回転させるのに伴って、容器Cを受け取ってもよい。次いで、カルーセルが第2コンベアに向かう回転を継続するのに伴って、このアーム20に対応した充填器ユニット10により、受け取られた容器C内に製品が供給される。このアーム20がカルーセルの回転によって(例えば、図2の12時の位置における)第2コンベアの場所に移動する時点までに、いま充填されている容器Cは、このアーム20から取り除かれ、且つ、第2コンベアシステムにより、離れるように搬送される。次いで、カルーセルの回転により、このアーム20は、新しい空の容器Cを受け取るべく、第1コンベアに戻る。

図7Aは、少なくともいくつかの実施形態による容器取扱アーム20の左正面斜視図である。アーム20の支持ビーム401は、ブーム402と、ライザ403と、ロードセル装着延長部404と、を含む。少なくともいくつかの実施形態においては、ビーム401は、単一片である。ビーム401は、剛性であり、且つ、アーム20が対応している充填ユニット10との関係において固定された状態に留まっている。具体的には、ライザ403は、カルーセル又はアーム20を内蔵する充填システムのその他の構造に対してボルト締結されてもよく、或いは、これにその他の方法によって装着されてもよい。充填システムの構造に対する装着の際に、ブーム402は、片持ち支持され、且つ、水平方向において方向付けられる。

ブーム402に装着されるアーム20のコンポーネントは、支点ブラケット405のペアと、ロードセル406と、ロードセルリンク機構407と、を含む。バランスレバー408が、ブラケット405によって定位置において保持された支点要素409により、ブーム402に対して回動自在に結合されている。支点要素409は支点要素409を中心としたレバー408の回転運動を許容するように、複数の回動場所のうちの1つにおいてレバー408の協働形状と相互作用する。アーム20の実施形態においては、支点要素409は、ボルト又はピンであってもよく、且つ、協働するアームの形状は、レバー408内の孔410a〜410fのうちの1つである。図7Dにおいては、孔410e及び410fが可視状態にある。

いくつかの構成においては、且つ、図7A及び図7Bに示されているように、アンチヨーブラケット411が、ブーム402の遠端において装着されてもよい。ブラケット411は、レバー408の運動をブーム402の左又は右に制約すると共に垂直方向プレーン内においてブーム402との間においてアライメントされた状態でレバー408を維持することを支援するガイドスロット412を含む。ガイドスロット412は、レバー408がスロット412内において上下に自由運動しうるように、サイズ設定されている。後述するその他の構成においては、ブラケット411が省略されてもよい。

容器グリッパ415が、ブラケット416及びボルト417により、レバーアーム408の遠端に装着されている。図7A〜図7Dに示されている構成においては、グリッパ415は、容器Cの首部の一部分を受け入れると共に保持するようにサイズ設定されたスプリングによって負荷が印加された顎部418を有する従来型のグリッパである。いくつかの実施形態においては、グリッパ415は、28mm〜43mmの首部完成サイズを有する瓶を保持するように構成されてもよい。顎部418のばね張力は、表面419に対して圧接状態で水平方向において押す容器の首部の力により(例えば、上述の第1コンベアシステムから空の容器を受け取る際)、且つ、顎部418内から外向きに押す収容された首部の力により(例えば、充填された容器が上述の第2コンベアシステムによって取り除かれる際)、克服することができる。グリッパ415は、取り外されることが可能であり、且つ、異なるタイプの容器を取り扱うべく、異なるタイプのグリッパによって交換されうる。その他のタイプのグリッパを使用することができる。例えば、いくつかの実施形態においては、グリッパは、スプリングによって負荷印加された顎部を有していなくてもよく、且つ、単に、容器の首部の形状に対応した凹入を有するブラケットであってもよい。

ロードセル406の近端は、支持ビーム401の延長部404に対してボルト421によって固定状態で装着されている。ロードセル406の遠端は、リンク機構407により、レバー408の近端に結合されている。リンク機構407の下部端部は、ピン422により、ロードセル406に対して回動自在に装着されている。リンク機構407の上部端部は、ピン423により、レバー408に対して回動自在に装着されている。図7Cに示されているように、グリッパ415内に保持された容器は、下向きの力F1を印加する。この結果、支点要素409を中心としたレバー408の回転を通じて、リンク機構407上において引っ張る上向きの力F2が得られる。力F2は、リンク機構407によってロードセル406に伝達され、この結果、ロードセル406のわずかな変形がもたらされる。歪ゲージ及びロードセル406内のその他の要素は、この変形の大きさに、且つ、従って、力F2の大きさに、対応した信号S_LCを生成し、且つ、ケーブル425を通じて信号S_LCを出力する。信号S_LC、アーム20の既知の寸法、及びブラケット405の構成(後述される)に基づいて、アーム20を内蔵した充填システムのコントローラは、アーム20によって保持された容器の重量を判定することができる。この容器の容積及び供給されている飲料製品の密度が既知であることから、このコントローラは、信号S_LCを使用して容器が充填された程度を判定することもできる。

少なくともいくつかの実施形態においては、ロードセル406は、0〜7.5キログラム(kg)の範囲を有する。ロードセルは、歪ゲージを利用して変形を検出すると共にこの変形を生成した力を示す信号を出力する周知の重量トランスデューサである。ロードセルと、ロードセルの信号出力を処理するための制御ソフトウェアは、多数の供給者から市販されている。

一般に、ロードセルの精度は、そのロードセルの相対的に大きな範囲の能力が利用された場合に、増大する。例えば、容器Cが、充填された際に、製品の20流体オンスを保持し、且つ、対象の製品がミルクであると仮定しよう。ミルクの20流体オンスの重量は、約0.61kgである。ロードセル406は、容器Cが完全に充填された際に、ロードセル406によって計測される重量が、0.61kgのみだけ、増大し、且つ、ロードセル406が、7.5kgという利用可能範囲を有するように、構成されていると仮定しよう。このシナリオにおいては、空とフル状態の容器の間の差を計測するべく、ロードセル406の計測能力の約8%のみ(0.61kg/7.5kg)が使用される。ここで、ロードセル406は、その同一の容器Cがミルクによって充填されるのに伴って、ロードセル406によって計測されるロードが、2.58kg(倍数が4.227)だけ、増大するように、構成されていると仮定しよう。このシナリオにおいては、ロードセル406の能力の約34%が利用されることになり、且つ、重量計測精度が改善されることになろう。又、この第2シナリオにおいては、ロードセル406の変形も増大することになろう。但し、最大負荷においても、ロードセルの変形の大きさは、相対的に小さい。

容器及びその内容物の重量とロードセル406が経験する重量の間の関係は、グリッパ415及びリンク機構407との関係における支点要素409の位置に基づいて変化する。容器及びその内容物における力の中心が顎部418の把持エリアの中心を通過していると仮定した場合に、且つ、支点要素409が、顎部418の中心とリンク機構407のピン423の間において等距離に位置している場合には、その製品によってロードセル406に対して印加される結果的に得られる重量に対する充填された製品の重量の比率は、1:1である。但し、支点要素409が、ピン423に近接するように運動した場合には、この比率は増大する。一般に、把持された容器及びその内容物における力F1の中心と支点要素409の間の距離がxであり、且つ、支点要素409とピン423の間の距離がyである場合に、容器及びその内容物の重量によってロードセル406に印加される力F2は、(x/y)*F1である。

いくつかの実施形態においては、アーム20は、異なる重量を有する充填済みの容器を結果的にもたらす充填動作に相対的に良好に対応するように、再構成することができる。具体的には、ブラケット405及び支点要素409を保持するボルト430を取り外すことが可能であり、且つ、支点要素409が孔410のうちの異なるものと協働するように、ブラケット405を再度位置決めすることができる。図7A〜図7Cにおいては、ブラケット405は、ボルト430が孔410eの両側においてブーム402内の孔を通過するように、且つ、支点要素409が孔410eと協働するように、位置決めされている。図7Dにおいては、アンチヨーブラケット411が、取り外されており、且つ、ブラケット405が、ブーム402の遠端において再位置決めされている。この位置において、ボルト430は、孔410aの両側においてブーム402内の孔を通過し、且つ、支点要素409は、孔410aと協働する。ブラケット405は、支点要素409が孔410a〜410fのいずれかと協働するように、交互に位置決めされうるであろう。

いくつかの実施形態においては、レバー408及びその他のアーム20のコンポーネントは、孔410a〜410fのそれぞれ内の支点要素409の位置決めと関連する力F1(容器及び内容物)に対する力F2(容器及び内容物からロードセルに対して結果的に得られる力)の比率が図1に示されているようになるように、サイズ設定されている。

いくつかの実施形態においては、標識が、孔410のそれぞれに隣接したレバー408に追加されてもよい。この標識は、容器の特定のタイプを充填するように充填システムをセットアップする際に充填システムのコントローラに入力される設定に対応しうるであろう。これに加えて、又はこの代わりに、この標識は、それぞれの孔410と関連する容器サイズを識別することもできよう。これに加えて、又はこの代わりに、このような標識は、これに加えて、又はその代わりに、特定の容器サイズにおけるブラケット405の場所を通知するべく、ブーム402上において含まれることもできよう。

いくつかの実施形態においては、アーム20は、レバー408の運動の範囲を制限する1つ又は複数の調節可能な止め具を含んでもよい。例えば、支持ビーム401のライザ403は、レバー408の近端上において延在する突出部431を含んでもよい。第1ボルト432は、突出部431の端部内のねじが切られた孔を通じて延在してもよく、且つ、ナット433を含んでもよい。ボルト432は、ボルト432の端部が、レバー408の上方において既定の距離だけ離隔するように、調節されてもよいと共にナット433によって固定されてもよい。不注意により、レバー498の遠端に過大な下向きの力が印加された場合には、レバー408の最上部は、ボルト432の遠端に接触することになり、且つ、リンク機構407及びロードセル406上における上向きの力を制限することになる。第2ボルト434は、レバー408の近端の端部内のねじが切られた孔を通じて延在してもよく、且つ、ナット435を含んでもよい。ボルト434は、ボルト434の端部がブーム402の最上部の上方において既定の距離だけ離隔するように、調節されてもよいと共にナット435によって固定されてもよい。不注意により、レバー408の遠端に過大な上向きの力が印加された場合に、ボルト434の端部は、ブーム402の最上部に接触することになり、且つ、リンク機構407及びロードセル406上における下向きの力を制限することになる。

アーム20は、様々な製品タイプによって様々な飲料容器を充填する単一の充填システムの使用を促進する多数の利点を提供する。飲料容器を充填する際には、充填動作においてその容器内に配置される飲料の量を監視することが重要である可能性がある。充填不足の容器は、販売不能となる場合がある。容器の過充填は、製品の浪費と、生産機器を汚染しうる流出と、を結果的にもたらす。従来は、容器を充填している状態において充填弁を通じて流れる製品の量を監視するべく、流量計が使用されている。但し、大きな有形物質を有する飲料によって容器を充填する際には、既存の流量計は、容器内の製品の充填レベルを監視するには、十分に正確ではない。容器及びその内容物の重量に基づいて容器の充填レベルを監視するべくアーム20を使用することにより、充填レベルを判定するための流量計の使用が回避される。アーム20の調節可能性は、様々なサイズの容器を有する、且つ、大幅に異なる密度の製品のための、充填システムの使用を促進する。更には、アーム20上においてロードセル406を位置決めすることにより、無菌領域内に配置されなければならないコンポーネントの数が極小化される。

又、アーム20の構成は、更なる利点を提供する。具体的には、レバー408、リンク機構407、支持ビーム401、及びその他のコンポーネントの構成は、グリッパ415内への及びこれから外への容器の強制移動などの制御されていない環境的な力からロードセル406を隔離している。図7A〜図7Dに示されている構成においては、垂直方向プレーン内の力のみがロードセル406に伝達されている。ロードセル406が負荷下において偏向する制限された量に起因し、この結果、事実上、ロードセル406上に純粋に垂直方向の力のみがもたらされる。ロードセル406上におけるトルク及び側面荷重が除去され、これにより、側面荷重又はトルクが引き起こしうる計測精度の低減が回避される。ロードセル406上の垂直方向の力は、ボルト432及び434の止め具により、安全な範囲に制限される。リンク機構408は、緊張状態に留まり、これにより、メカニズムにおけるバックラッシュが除去され、且つ、重量計測におけるばらつきが低減される。

いくつかの実施形態においては、アーム20に類似した取扱アームは、支点要素の位置の調節が自動化されるように、変更されてもよい。但し、このような実施形態の一例として、ブラケット405は、スライダ又はその他の線形運動装置上において取り付けられることも可能であり、且つ、サーボ又はその他のタイプのアクチュエータによって運動可能であってもよいであろう。更なるサーボを使用することにより、支点要素をレバー408上の位置へ且つこれから外に移動させることが可能であり、且つ、支点要素の位置が調節されている間にレバー408を支持することもできよう。

単一の容器を充填するために必要とされる時間を低減するべく、且つ、これにより、全体的な生産速度を増大させるべく、相対的に大きな流量で容器を充填することが有用である。但し、容器内の製品のレベルがその望ましいレベルに接近するのに伴って、製品がその容器に流入する速度を低減することが望ましい。具体的には、相対的に低速の流量は、製品の流れを完全に停止させるために相対的に多くの時間を許容し、且つ、従って、相対的に正確な望ましいレベルへの充填を許容する。

その充填弁が、様々なタイプの製品に対応するべく意図されたシステムの一部分である場合には、充填弁を通じた流れを予測可能に低減することが相対的に複雑になる。充填弁を通じた流れは、部分的に充填弁を閉鎖すると共にこれによって製品が充填弁から容器に流れる開口部のサイズを低減することにより、低減することができる。充填弁を部分的に閉鎖しなければならない程度は、製品の粘度及び有形物質の存在の影響を受ける可能性がある。流れを低減するべき時間は、容器のサイズの影響を受ける可能性がある。

少なくともいくつかの実施形態においては、充填器ユニットは、調節可能な低流量設定点への充填弁の閉鎖を促進するコンポーネントを含む。例えば、且つ、図3A〜図3Fとの関連において示されているように、充填器ユニット10は、低流量設定点システムの一部分であるアクチュエータ80を含む。中断可能な流体回路がアクチュエータ80の2つのチャンバを接続している。容器の充填を開始するべき際には、アクチュエータ70は、充填弁50を開放するべく、クロスバー92を上方に押す。クロスバー92に印加された上向きの牽引力は、アクチュエータ80のロッド82を引き上げる。アクチュエータ80のチャンバ間における流体の流れが許容された場合には、アクチュエータ80内のピストンは、運動することが可能であり、これにより、ハウジング81からのロッド82の退却が許容される。容器がほぼフルの状態になった際に、アクチュエータ70は、クロスバー92を下向きに引っ張ることにより、充填弁50の閉鎖を開始する。クロスバー92に印加された下向きの力は、ロッド82を押し上げ、これにより、今度は、アクチュエータ80のピストンが押し下げられる。当初、流体は、アクチュエータ80のピストンがロッド82による押し出しに応答して下向きに運動するのに伴って、アクチュエータ80のチャンバ間において逆方向に流れることが許容される。但し、充填弁50が製品の低流量設定点に到達し、且つ、容器が充填された際には、アクチュエータ80のチャンバの間における流体の流れは中断される。この結果、アクチュエータ80のピストンが運動を停止し、且つ、クロスバー92の下向きの運動が停止することにより、充填弁50は、弁50が部分的にのみ開放状態にある低流量設定点において保持される。容器及びその内容物の重量が適切なレベルへの充填を通知したら、アクチュエータ80のチャンバの間における流れが再度許容され、且つ、充填弁50は、完全に閉鎖された位置に運動することができる。

図8A〜図8Hは、低流量設定点システムの動作を更に説明する充填器ユニット10の部分概略図面である。図8A〜図8Hは、充填器ユニット10の背面図である。棚11、駆動スリーブ60、ライザブラケット91、クロスバー92、光学フラグ121、及び光学センサ120が、単純化された形態で示されている。アクチュエータ80のハウジング71及びロッド72並びにアクチュエータ80のハウジング81及びロッド82も、単純化された形態で示されている。図3A〜図3Gに示されている充填器ユニット10のその他の要素は、利便を目的として、図8A〜図8Hから省略されている。

先程示されたように、且つ、いまや、図8A〜図8Hにおいて可視状態にあるように、アクチュエータ70は、ピストン501を含む。ピストン501は、アクチュエータ70内のチャンバ502及び503の間においてバリアとして機能する。ピストン501が上方に運動した際に、チャンバ502の容積は増大し、且つ、チャンバ503の容積は減少する。ロッド72の下部端部は、ピストン501に装着されている。ロッド72は、ハウジング71の上部壁内の封止された開口部を通じてハウジング71から外に延在している。ピストン501は、流体がピストン501のエッジを通過してチャンバ502及び503の間を通過することを防止する封止材を含む。ハウジング71からロッド72を延在させるべく、流体がチャンバ503を離脱することが許容された状態において、加圧された流体をチャンバ502に導入することができる。ロッド72をハウジング71内に退却させるべく、流体がチャンバ502を離脱することが許容された状態において、加圧された流体をチャンバ503に導入することができる。いくつかの実施形態においては、アクチュエータ70は、市販の流体アクチュエータであってもよく、且つ、圧縮された空気を作動流体として使用することにより、動作させられてもよい。利便を目的として、図8A〜図8Hの説明の残りの部分においては、アクチュエータ70の作動流体を空気として参照することになり、且つ、空気を示すべく、点描を使用することとする。その他の実施形態においては、異なる作動流体が使用されてもよい。

圧縮された空気は、ポート505を通じて、チャンバ502に進入し、且つ、これから離脱する。圧縮された空気は、ポート506を通じて、チャンバ503に進入し、且つ、これを離脱する。結合部74及び75(図3D)が、それぞれ、ポート505及び506に装着されてもよい。二位置制御弁507がポート506に接続されている。制御弁507がその第1位置にある際には、ポート506は、圧縮された空気の供給源との流体連通状態にある。制御弁507がその第2位置にある際には、ポート506は、制限された排気口508を通じて雰囲気との流体連通状態にある。制御弁507の位置は、ソレノイド509によって制御される。ソレノイド509にエネルギー供給されていない際には、スプリングが制御弁507をその第2位置に付勢する。ソレノイド509にエネルギー供給された際に、制御弁507は、その第1位置に運動する。ソレノイド509は、後述するように、コントローラからの制御信号に応答してエネルギー供給する。

別の二位置制御弁517がポート505に接続されている。制御弁517がその第1位置にある際には、ポート505は、圧縮された空気の供給源との流体連通状態にある。制御弁517がその第2位置にある際には、ポート505は、制限された排気口518を通じて雰囲気との流体連通状態にある。制御弁517の位置は、後述するように、コントローラから制御信号を受け取るソレノイド519によって制御されている。スプリングは、ソレノイド519がエネルギー供給されていない際に、制御弁517をその第2位置に付勢する。ソレノイド519にエネルギー供給することにより、制御弁517は、その第1位置に運動する。

又、図8A〜図8Hに更に示されているように、アクチュエータ80は、ピストン551を含む。ピストン551は、アクチュエータ80内のチャンバ552及び553の間のバリアとして機能する。ピストン551が上方に運動した際に、チャンバ552の容積は増大し、且つ、チャンバ553の容積は減少する。ロッド82の下部端部は、ピストン551に装着されている。ロッド82は、ハウジング81の上部壁内の封止された開口部を通じてハウジング81から外に延在している。ピストン551は、流体がピストン551のエッジを通過してチャンバ552及び553の間を通過することを防止する封止材を含む。

二位置制御弁557が、アクチュエータ80のポート555及び556を接続する流体回路560内に差し挟まれている。結合部84及び85(図3C)が、それぞれ、ポート555及び556に装着されてもよい。制御弁557がその第1位置にある際には、流体回路560が封鎖され、且つ、オイルがチャンバ552及び553の間において流れることができる。制御弁557がその第2位置にある際には、流体回路560は閉鎖されず、且つ、オイルがチャンバ552及び553の間において流れることができる。制御弁557の位置は、後述するように、コントローラからの制御信号を受け取るソレノイド559によって制御される。スプリングは、ソレノイド559にエネルギー供給されていない際に、制御弁557をその第2位置に対して付勢する。ソレノイド559にエネルギー供給することにより、制御弁557は、その第1位置に運動する。スプリングによって負荷印加された供給弁561は、回路560内の流体レベルを維持するべく、流体回路560を重力供給型のオイルの供給源562に接続している。

ハウジング81からロッド82を退却させるべく、流体は、流体がチャンバ553を離脱することが許容されている状態において、チャンバ552に進入することが許容される。ロッド82をハウジング81内に押し込むことを許容するべく、流体は、流体がチャンバ552から流れ出ることが許容されている状態において、チャンバ553内への流入が許容される。いくつかの実施形態においては、アクチュエータ80は、市販の流体アクチュエータであってもよく、且つ、液体(例えば、食品グレードのシリコーンオイル)を使用することにより、動作させられてもよい。利便を目的として、図8A〜図8Hの説明の残りの部分は、アクチュエータ80の作動流体をオイルとして参照することになり、且つ、これを示すべく、シェーディングを使用することとする。その他の実施形態においては、異なる作動流体が使用されてもよい。アクチュエータ80との関連において使用される流体は、ロッド82がハウジング81から引き出されるか又はこの内部に押し込まれうる速度を制御するように、粘度に基づいて選択することができる。

図8Aは、時点T1における充填器ユニット10を示している。時点T1においては、(図4Aにおいて示されているように)、充填弁50は、閉鎖され、且つ、シャトル200は、そのストロークの底部に位置している。時点T1は、1つの容器の充填が完了した後の、且つ、次の容器の充填を開始する前の、時点であってもよい。ピストン501及び551は、それぞれ、ハウジング71及び81内においてそれぞれのストロークの底部に位置している。ソレノイド509、519、及び559は、エネルギー供給されておらず、且つ、従って、制御弁507、517、及び557のそれぞれは、その第2位置(チャンバ502及び503は、雰囲気に換気され、流体回路560は、封鎖されていない)にある。光学センサ121は、フラグ120がセンサ121内に配置されているのに応答して、検出信号を生成している。但し、充填ユニット10の動作のこの段階においては、コントローラは、検出信号に基づいて、なんらの動作をも実行しない。

図8Bは、時点T1の後の時点T2における充填器ユニット10を示している。時点T2において、充填器ユニット10は、充填弁50の開放を開始する。ソレノイド519は、コントローラからの信号に応答して、エネルギー供給され、且つ、制御弁517をその第1位置(チャンバ502を圧縮された空気の供給源に接続する)に運動させる。ソレノイド509は、エネルギー供給されておらず、且つ、制御弁507は、その第2位置(チャンバ503を雰囲気に換気する)に留まっている。又、ソレノイド559は、エネルギー供給されておらず、且つ、制御弁557は、その第2位置(流体回路560が封鎖されていない)に留まっている。圧縮された空気は、チャンバ502への流入と、ピストン501の押し上げと、を開始する。この結果、ロッド72は、上向きに、且つ、ハウジング71から外に、押し出され、ロッド72がクロスバー92を押し上げる。クロスバー92は、ライザブラケット91及び駆動スリーブ60を介してシャトル200に結合されていることから、クロスバー92の上向きの運動は、シャトル200の上向きの運動と、充填弁50の開放と、を結果的にもたらす。光学フラグ120が依然として光学センサ121内にあることから、センサ121は、検出信号の出力を継続する。但し、充填器ユニット10の動作のこの段階においては、コントローラは、検出信号に基づいて、なんらの動作をも実行しない。

流体回路560は、封鎖されていないことから、オイルは、アクチュエータ80のチャンバ552及び553の間において流れることができる。アクチュエータ70のロッド72からのクロスバー92に印加された上向きの力により、クロスバー92は、アクチュエータ80のロッド82を引っ張る。ロッド82に印加されたこの牽引力により、ロッド82がハウジング81から引っ張られるのに伴って、ピストン551の上向きの運動が生成される。ピストン551の運動により、オイルは、その容積が減少するのに伴って、チャンバ553から流出し、且つ、その容積が増大するのに伴って、チャンバ552に流入する。

利便を目的として、図8Bは、空気の流れの方向を示す矢印をポート505及び506の近傍において含む。同様に、ポート555及び556の近傍の矢印は、オイルの流れの方向をも示している。ライザブラケット91の最上部近傍において位置決めされた矢印は、クロスバー92及びその結合されたコンポーネント(ピストン501及び551、ロッド72及び82、光学フラグ120、ライザブラケット91、及び駆動スリーブ60(並びに、従って、シャトル200))が運動している方向を示している。

図8Cは、時点T2の後の時点T3における充填器ユニット10を示している。時点T3において、充填弁10は、フル開放状態にあり、且つ、シャトル200は、そのストロークの最上部に位置している。ソレノイド519は、コントローラからの信号に応答してエネルギー供給された状態に留まり、且つ、制御弁517をその第1位置(チャンバ502を圧縮された空気の供給源に接続する)において維持している。ソレノイド509は、エネルギー供給されていない状態に留まり、且つ、制御弁507は、その第2位置(チャンバ503を雰囲気に換気する)に留まっている。又、ソレノイド559は、エネルギー供給された状態に留まり、且つ、制御弁557は、その第2位置(流体回路560が封鎖されていない)にある。クロスバー92及びその結合されたコンポーネントの上向きの運動は、調節可能なロッド110(図3D)によって停止させられている。ピストン501がもはや運動していないことから、ポート505及び506を通じた空気の流れは、制御弁517がその第1位置にあり、且つ、制御弁507がその第2位置にあるにもかかわらず、停止している。同様に、且つ、流体回路560が封止されていないにもかかわらず、ポート555及び556を通じたオイルの流れも、停止しており、その理由は、ピストン551がもはや運動していないからである。光学フラグ120は、光学センサ121から外に運動しており、且つ、センサ121は、もはや検出信号を送信していない。

図8Dは、時点T3の後の時点T4における充填器ユニット10を示している。時点T3及びT4の間において、アーム20のロードセル406から出力された1つ又は複数の信号S_LCは、充填されている容器及びその内容物の重量が、その容器の既定の「ほぼ充填」充填レベルに対応したレベルに到達していることをコントローラに対して通知している。時点T4において、且つ、「ほぼフル」通知に応答して、コントローラは、ソレノイド509にエネルギー供給する信号を送信し、且つ、ソレノイド519にエネルギー供給する信号の送信を停止する。この結果、制御弁507のその第1位置への(チャンバ503を圧縮された空気の供給源に接続する)運動が生成され、且つ、制御弁517がその第2位置(チャンバ502を雰囲気に換気する)に戻される。ソレノイド559は、エネルギー供給されていない状態に留まり、且つ、流体回路560は、封鎖されていない状態に留まっている。

圧縮された空気がチャンバ503に流入し、且つ、空気がチャンバ502から流出する結果として、且つ、オイルが流体回路560内において流れることができることから、ピストン501は、下向きに運動する。この結果、ロッド72及びクロスバー92が下向きに引っ張られる。クロスバー92の下向きの運動は、ライザブラケット91、駆動スリーブ60、及びシャトル200の下向きの運動のみならず、ロッド82及びピストン551の下向き運動をも、結果的にもたらす。ポート505及び506の近傍の矢印は、空気の流れの方向を示している。ポート555及び556の近傍の矢印は、オイルの流れの方向を示している。ライザブラケット91の最上部近傍において位置決めされた矢印は、クロスバー92及びその結合されたコンポーネントが運動している方向を示している。

図8Eは、時点T4の後の時点T5における充填器ユニット10を示している。クロスバー92及びその結合されたコンポーネントは、下向きの運動を継続している。ソレノイド509は、エネルギー供給された状態に留まり、且つ、ソレノイド519及び559は、エネルギー供給されていない状態において留まっている。空気及びオイルは、示された方向における流れを継続している。

図8Fは、時点T5の後の時点T6における充填器ユニット10を示している。クロスバー92の下向きの運動により、光学フラグ120は、センサ121によって検出される地点に到達している。この結果、光学センサ121は、検出信号をコントローラに送信する。検出信号に応答して、コントローラは、ソレノイド559にエネルギー供給する信号を送信する。この結果、制御弁557のその第1位置(流体回路560を封鎖する)への運動が生成される。ソレノイド509は、エネルギー供給された状態に留まり、且つ、ソレノイド519は、エネルギー供給されていない状態に留まっている。オイルがもはや流体回路560内において流れることができないことから、オイルは、もはや、チャンバ552及び553の間において運動することができない。この結果、ピストン551の運動は、停止させられる。この結果、ロッド82、クロスバー92、及びクロスバー92に結合されたその他のコンポーネントは、運動を停止する。制御弁507は、その第1位置(チャンバ503を圧縮された空気の供給源に接続する)にあり、且つ、制御弁517は、その第2位置(チャンバ502を雰囲気に換気する)にあるが、ピストン501は、クロスバー92に対するその結合により、定位置において保持され、且つ、空気は、アクチュエータ70の内部に又はこれから外に流れない。

時点T6におけるシャトル200の位置は、低流量設定点に対応している。シャトル200がこの位置にある際には、開口部49を通じた飲料製品の流れは、製品が開口部49から容器に流れる速度が低減された状態において、部分的に妨げられる。低流量設定点は、飲料タイプに基づいて変化することになり、且つ、容器タイプに基づいて変化しうる。例えば、有形物質を有していない相対的に低い粘度の製品に対応した第1低流量設定点は、開口部49をほとんど完全に閉鎖する第1位置にシャトル200を配置しうる。相対的に粘度が高いと共に/又は有形物質を有する製品に対応した第2低流量設定点は、開口部49を部分的に、但し、第1位置よりも少ない程度に、遮断する第2位置にシャトル200を配置しうる。

上述のシステムは、低流量設定点の単純な調節を許容する。具体的には、光学センサ121及びフラグ120の場所により、駆動スリーブ60の下向きの運動が抑止される際が制御される。光学センサ121を上下に運動させる(と共に/又は、相対的なクロスバー92上におけるフラグ120の位置を調節する)ことにより、低流量設定点を変更することができる。

いくつかの実施形態においては、低流量設定点は、光学センサの使用を伴うことなしに、制御されている。この代わりに、コントローラは、「ほぼフル」通知を受け取った際に、タイマを起動している。タイマは、ソレノイド509にエネルギー供給するべく制御信号を送信し(且つ、ソレノイド519にエネルギー供給する制御信号を相応して休止し)た後に、スリーブ60が低流量設定点位置まで下向きに移動するために必要とされる時間を表す値に設定される。タイマ値は、対象の製品によって充填器ユニット10の何回かの試行ランを実行し、且つ、低流量設定点に到達するために必要とされる時間を計測することにより、容易に判定することができる。次いで、この時間値は、その充填器ユニットについて、且つ、充填システム内のその他の充填器ユニットについて、使用されうるであろう。

図8Gは、T6の後の時点T7における充填器ユニット10を示している。アーム20のロードセル406から出力された1つ又は複数の信号S_LCは、充填されている容器及びその内容物の重量がフル充填された容器に対応した値に到達していることをコントローラに対して通知している。「フル」通知に応答して、コントローラは、ソレノイド559にエネルギー供給するための信号の送信を停止する。この結果、その第2位置(流体回路560を封鎖しない)への制御弁557の運動が生成される。コントローラは、ソレノイド509にエネルギー供給する信号の送信を継続し、これにより、制御弁507をその第1位置(チャンバ503を圧縮された空気の供給源に接続する)において維持する。ソレノイド519は、エネルギー供給されておらず、且つ、制御弁517は、その第2位置(チャンバ502を雰囲気に換気する)にある。オイルは、いまや、チャンバ553からチャンバ552に流れることができることから、ピストン501及び551及びそれぞれの結合されたコンポーネント(シャトル200を含む)の下向きの運動が再開される。

図8Hは、T7の後の時点T8における充填器ユニット10を示している。時点T8においては、充填弁50は、完全に閉鎖されている。ソレノイド509にエネルギー供給するコントローラからの信号は、いまや、充填器ユニット10を図8Aに示されている状態に戻すように、中断することができる。次いで、次の容器が充填のための位置にある際に、図8B〜図8Hに示されている動作を反復することができる。いくつかの実施形態においては、コントローラは、充填弁50を再度開放するべき時点まで、ソレノイド509にエネルギー供給する信号の送信を継続している。

図8I〜図8Pは、別の実施形態による低流量設定点システムを内蔵した充填器ユニットの部分概略背面図である。図8I〜図8Pの充填器ユニットは、図8A〜図8Hに示されている充填器ユニット10に類似している。但し、図8I〜図8Pの実施形態においては、シリンダ80は、シリンダ81’によって置換された状態にある。シリンダ80’は、シリンダ80に類似しており、ハウジング81’、ロッド82’、ピストン551’、ポート555’及び556’、チャンバ552’、並びに、チャンバ553’は、シリンダ80のハウジング81、ロッド82、ピストン551、ポート555及び556、チャンバ552、並びに、チャンバ553にそれぞれ類似している。

但し、流体回路560は、置換されている。チャンバ552’は、ポート555’を介して、2つの経路により、オイルリザーバ581に接続されている。第1経路は、チェック弁583を含む。第2経路は、制御弁557に類似した制御弁557’と、流量制限オリフィス582と、を含む。制御弁557’は、流れが封鎖される第1位置と、流れが封鎖されない第2位置と、を有する。制御弁557’の位置は、後述するように、コントローラから制御信号を受け取るソレノイド559’によって制御されている。スプリングが、ソレノイド559’がエネルギー供給されていない際に、制御弁557’をその第2位置に付勢している。ソレノイド559’にエネルギー供給することにより、制御弁557’は、その第1位置に運動する。

チャンバ553’は、ポート556’を介して、オイルリザーバ581の最上部に接続されている。図8I〜図8Pの実施形態においては、オイルは、下部チャンバ552’とオイルリザーバ581の間において流れている。チャンバ553’は、空気と、封止及び潤滑用の少量のオイルのみと、を収容している。チャンバ553’は、ポート556’を通じて放出されうるすべてのオイルがオイルリザーバ581に戻ることができるように、オイルリザーバ581に接続されている。オイルリザーバ581の上部部分は、雰囲気に換気されている。又、図8I〜図8Pの実施形態において使用されるオイルは、食品グレードのシリコーンオイルであってもよい。

チェック弁583は、ピストン551’が上向きに運動した際には、オイルリザーバ581からチャンバ552’への流れを許容するが、ピストン551’が下向きに運動した際には、もう1つの方向における流れを封鎖する。オリフィス582は、いずれの方向における流れをも許容するが、その流量を制限する。この結果、オリフィス582は、ピストン551’の下向きの運動を減速させる。この結果、止め具225が出口49に衝突することを防止すると共に早期の損耗が生じることを防止するように、シャトル200の下向き運動が減速される。弁50が開放された際には、チェック弁583は、シャトルの相対的に迅速な上昇を許容するように、オイルがオリフィス582をバイパスすることを許容する。

同一の弁の運動を実現するべく、図8A〜図8Hの実施形態において使用されている同一の制御信号が図8I〜図8Pの実施形態において使用されてもよい。図8I(時点T1)においては、充填弁50は、閉鎖され、シャトル200は、そのストロークの底部に位置し、ピストン501及び551’は、それぞれのストロークの底部に位置し、且つ、ソレノイド509、519、及び559’は、エネルギー供給されていない。光学センサ121は、フラグ120がセンサ121内に配置されていることに応答して、検出信号を生成している。但し、充填器ユニットの動作のこの段階においては、コントローラは、検出信号に基づいて、なんらの動作をも実行しない。

時点T2(図8J)において、充填器ユニットは、充填弁50の開放を開始している。ソレノイド519が、コントローラからの信号に応答して、エネルギー供給される。ソレノイド509は、エネルギー供給されない。エネルギー供給されていないソレノイド559’及び制御弁557’は、その第2位置(封鎖されていない)に留まっている。オイルは、ピストン552’が上向きに運動するのに伴って、リザーバ581から、チャンバ552’の増大する容積に流れる。このオイルは、チェック弁583を通じて、且つ、相対的に少ない程度にオリフィス582及び制御弁557’を通じて、流れる。

時点T3(図8K)において、充填弁は、フル開放状態にあり、且つ、シャトル200は、そのストロークの最上部に位置している。ソレノイド519は、コントローラからの信号に応答してエネルギー供給された状態に留まっている。ソレノイド509は、エネルギー供給されていない状態に留まっている。又、ソレノイド559’は、エネルギー供給された状態において留まり、且つ、制御弁557’は、その第2位置(封鎖されていない)にある。ピストン501及び551’は、もはや運動していないことから、空気及びオイルの流れは、停止している。光学フラグ120は、光学センサ121から外に運動しており、且つ、センサ121は、もはや、検出信号を送信してはいない。

時点T4(図8L)においては、「ほぼフル」通知に応答して、コントローラは、ソレノイド509にエネルギー供給する信号を送信し、且つ、ソレノイド519にエネルギー供給する信号の送信を停止している。ソレノイド559’は、エネルギー供給されていない状態に留まり、且つ、制御弁557’は、その封鎖されていない位置に留まっている。オイルは、オイルリザーバ581からチャンバ552’に、但し、制御弁557’及びオリフィス582を通じてのみ、流れている。

時点T5(図8M)において、ソレノイド509は、エネルギー供給された状態に留まり、且つ、ソレノイド519及び559’は、エネルギー供給されていない状態に留まっている。空気及びオイルは、示された方向における流れを継続する。

時点T6(図8N)において、弁50は、その低流量設定点に到達しており、且つ、光学センサ121は、検出信号をコントローラに送信する。これに応答して、コントローラは、ソレノイド559’にエネルギー供給する信号を送信する。この結果、制御弁557’のその第1位置(流体の流れを封鎖する)への運動が生成される。ソレノイド509は、エネルギー供給された状態において留まり、且つ、ソレノイド519は、エネルギー供給されていない状態に留まっている。オイルは、もはやチャンバ552’からオイルリザーバ581へ流れることができないことから、ピストン551’の運動は停止される。

時点T7(図8O)において、コントローラは、「フル」通知を受け取っており、且つ、ソレノイド559’にエネルギー供給するための信号の送信を停止する。この結果、その第2位置(封鎖されていない)への制御弁557’の運動が生成される。コントローラは、ソレノイド509にエネルギー供給する信号の送信を継続する。ソレノイド519は、エネルギー供給されていない。オイルは、いまや、チャンバ552’からオイルリザーバ581へ流れることができることから、ピストン501及び551’の下向きの運動が再開される。

時点T8(図8P)において、充填弁50は、完全に閉鎖される。いまや、充填器ユニットを図8Iに示されている状態に戻すように、ソレノイド509にエネルギー供給するコントローラからの信号を中断することができる。

先程示されたように、いくつかの実施形態においては、充填器ユニット10は、複数のタイプの飲料製品によって容器を充填しうる充填システム内において使用されている。これらの製品は、様々な粘度を有してもよく、且つ、有形物質を有してもよく、或いは、有さなくてもよい。相対的に大きな有形物質を有する製品に対応するべく、充填弁50の開口部49は、これらの有形物質が通過しうるように、サイズ設定される。例えば、カップ53の開口部49は、約0.625インチ(1.5875cm)の幅を有してもよい。但し、相対的に大きな有形物質(例えば、10mmの立方体)を通過させるようにサイズ設定された開口部は、有形物質を欠いていると共に/又は相対的に小さな粘度を有する製品の場合に、望ましくない大きな流量を結果的にもたらす場合がある。又、いくつかの実施形態においては、充填弁50を含む充填システムは、その充填システム内の所定の場所において望ましい圧力を維持する圧力制御システムを含んでもよい。この場所は、1つ又は複数の充填弁に供給する製品リザーバ内に位置してもよく、或いは、これは、そのリザーバからの流路内に位置してもよい。いくつかの製品の場合には、望ましい圧力は、充填弁を通じた製品の流れを促進するように、気圧超であってもよい。その他の製品の場合には、望ましい圧力は、充填弁を通じた製品の流れを減速させるように、気圧未満(即ち、負圧)であってもよい。本明細書において使用されている「気圧の」、「気圧」、及び「周辺気圧」は、いずれも、1つ又は複数の充填弁の出口における空間を含む充填システムを取り囲む空間内の周辺圧力を意味している。

図9Aは、少なくともいくつかの実施形態による圧力制御システム600を含む飲料容器充填システムの一部分を示す概略図である。図9Aに示されている充填システムの部分は、図2に示されている充填システム40などの充填システムの一部分であってもよく、且つ、充填弁50を含むことができよう。充填弁50は、図9Aにおいては、矩形として象徴的に示されていることから、1つ又は複数の再循環パイプ13の場所は、向きを目的として示されている。不均一な破線によって示されているように、更なる充填弁50が並列状態で含まれてもよい。図9A及び図9Bの残りの説明の全体を通じて、「1つ又は複数の充填弁50」は、1〜n個の充填弁50が存在することを示しており、この場合に、nは、任意の数である(例えば、図2の充填システム40の場合には、72である)。1つ又は複数の充填弁50の1つ又は複数の再循環パイプ13は、製品再循環システムに接続されている。この製品再循環システムについては、図9Bとの関連において更に説明する。

1つ又は複数の充填弁50は、製品リザーバ601に接続されている。リザーバ601の内部は、充填されている複数の容器の組み合わせられた容積を上回る量の飲料製品を保持するための容量を有する。1つ又は複数の充填弁50のそれぞれの充填弁のハウジングの内部は、製品リザーバ601の内部と流体連通状態にある。圧力トランスデューサ(Pressure Transducer:PT)602が、リザーバ601と1つ又は複数の充填弁50の間の流体経路内に配置されている。いくつかの実施形態においては、圧力トランスデューサ602は、例えば、1つ又は複数の充填弁50に至る出口近傍のリザーバ601の内部の下部領域内などのように、リザーバ601内に配置されてもよい。圧力トランスデューサ602は、信号S_PTをコントローラに対して出力する。図9Aには示されていないが、コントローラは、圧力制御サブシステム600(並びに、本明細書において記述されているその他のシステム)の一部分を形成しており、且つ、図10との関連において後述される。信号S_PTは、リザーバ601と1つ又は複数の充填弁50の間の流体経路内においてトランスデューサ602によって様々な時点において検出される圧力を示している。レベルトランスデューサ(Level Transducer:LT)603は、リザーバ601内において配置され、信号S_LTをコントローラに対して出力し、信号S_LTは、様々な時点におけるリザーバ601内の流体レベルを通知する。

リザーバ601は、供給入口606を通じて飲料製品によって充填される。供給入口606は、図9Bとの関連において説明するように、低温殺菌器又は滅菌器から飲料製品を受け取ってもよい。

リザーバ圧力制御システム600は、リザーバ圧力制御ライン607によってリザーバ601の内部に接続されている。ライン607のみならず、システム600との関連において説明するその他のラインは、加圧された流体を収容する能力を有すると共に、システム600のいくつかの部分の場合に、潰れることなしに負圧を保持する能力を有する1つ又は複数のパイプ、チューブ、又はその他のタイプのコンジットを含んでもよい。リザーバ加圧制御システム600の作動流体は、例えば、空気、窒素、二酸化炭素などのようなガス又はガス混合物であってもよい。ライン607内の流体の圧力を調節することにより、リザーバ601内の(並びに、リザーバ601からの流路内の場所における)圧力は、制御されてもよい。ライン607は、不注意による大きな負圧の結果としてのタンクの潰れを防止するための負圧遮断器608のみならず、ライン607内の不注意による過圧力に起因したシステム損傷を防止するための逃し弁609を含んでもよい。

ライン607の第1ブランチは、圧力制御弁610の出力に接続されている。圧力制御弁610は、電流−圧力トランスデューサ(I/P)611によって選択的に開閉される。圧力制御弁610の入力側は、更なるラインにより、加圧された空気の供給源618(又は、その他の加圧された作動流体の供給源)に接続されている。圧力制御弁610及び供給源618を接続するこれらのラインには、アングルシート弁614、フィルタ615及び616、並びに、手動弁617が含まれてもよい。フィルタ615及び616は、0.2マイクロメートルフィルタであってもよく、且つ、微生物又はその他の汚染物質がリザーバ601に進入することを防止するために含まれてもよい。無菌充填動作の場合には、フィルタ615及び616は、殺菌可能なHEPA/ULPAフィルタであってもよい。手動弁618は、供給源618からシステム600を隔離するべく使用されてもよい。又、アングルシート弁614は、フィルタ615及び616を加圧された状態において維持しつつ、供給源618からシステム600を隔離するべく使用されてもよい。アングルシート弁612は、供給源618と弁610の入力側の間において、システム600の各部分を排出口613に接続している。

リザーバ圧力制御ライン607の第2ブランチは、負圧ポンプ622の入力側に接続されている。負圧ポンプ622の出口は、排出口623に接続されている。アングルシート弁620は、負圧ポンプ622をライン607に接続するライン内において含まれてもよい。調節可能な負圧逃しオリフィス621(例えば、ニードル弁)が、アングルシート弁620と負圧ポンプ622の間において、流体経路に接続されている。

圧力トランスデューサ602、レベルトランスデューサ603、負圧遮断器608、逃し弁609、圧力制御弁610、電流−圧力トランスデューサ611、アングルシート弁612、614、及び620、フィルタ615及び616、手動弁617、負圧オリフィス621、並びに、負圧ポンプ622は、従来型の市販のコンポーネントであってもよい。従って、且つ、本明細書に記述されている新規の且つ発明のシステム内におけるその使用との関連を除いて、これらのコンポーネントの更なる詳細は提供されない。

ライン607内の圧力は、P_Targetにおける又はこの近傍(例えば、+/−0.1psi(689.47Pa)、+/−0.05psi(344.74Pa)など)における圧力トランスデューサ602に対応した場所において圧力P_Targetを維持するように、調節される。上述のように、この場所は、図9Aにおいて、リザーバ601と1つ又は複数の充填弁50の間である。その他の実施形態においては、この場所は、リザーバ601内の又はリザーバ601からの流路内のどこか別の場所であってもよい。P_Target圧力は、気圧未満(負圧)であってもよく、気圧であってもよく、或いは、気圧超の圧力であってもよい。リザーバ601の内容物からの上部圧力に起因し、ライン607内の実際の圧力は、トランスデューサ602によって計測される圧力未満である場合がある。これにも拘らず、ライン607内の圧力を低減することにより、リザーバ601と1つ又は複数の充填弁50の間の圧力が低減され、且つ、ライン607内の圧力を増大させることにより、リザーバ601と1つ又は複数の充填弁(50)の間の圧力が増大される。

負圧ポンプ622は、このライン内に気圧未満の圧力(即ち、負圧)を生成するべく、ライン607から流体を引き出す。弁610は、その入力側からの加圧された流体がその出力側から流れることを許容するべく、開放することができる。弁610が開放される程度に応じて、弁610からの出力は、ライン607内の気圧未満の圧力を低減することが可能であり、ライン607内の気圧未満の圧力を中和してライン607の圧力を気圧にすることも可能であり、或いは、ライン607の圧力を気圧超にするように、負圧ポンプ622により、ライン607内において生成された気圧未満の圧力を克服することもできる。コントローラは、圧力トランスデューサ602から信号S_PTを受け取る。図11Cとの関連において後述する制御アルゴリズムを使用することにより、且つ、受け取った信号S_PT及び予め設定された制御パラメータに基づいて、コントローラは、信号S_PCをトランスデューサ611に出力する。これらの信号S_PCに応答して、トランスデューサ611は、ポンプ622によって生成される気圧未満の圧力を大幅に克服するべく(これにより、ライン607内の圧力を増大させるべく)、圧力制御弁610を開放し、或いは、ポンプ622によって生成される気圧未満の圧力を小幅に克服するべく(これにより、ライン607内の圧力を減少させるべく)、制御弁610を閉鎖する。

アングルシート弁612、614、及び620のそれぞれは、通常、完全に開放されるか、又は完全に閉鎖される。これらのアングルシート弁のそれぞれは、コントローラからの信号に応答して、図示されてはいないソレノイド(又は、ソレノイドによって制御されるガス圧アクチュエータ)により、作動可能である。コントローラは、システム600が稼働している間にアングルシート弁614を開放状態において維持するべく、信号を送信し、且つ、システム600が動作していない際に、或いは、なんらかの理由から高圧力の流れを切断する必要がある場合に、この信号の送信を停止する。コントローラは、システムが稼働している間に、アングルシート弁620を開放状態において維持するべく、信号を送信し、且つ、システムが動作していない際に、或いは、なんらかの理由から圧力側から負圧側を隔離する必要がある場合に、この信号の送信を停止する。アングルシート弁612は、動作の際には、閉鎖された状態において留まっており、コントローラは、高圧側から空気を放出する必要がある場合には、弁612を開放するための信号を送信してもよい。

圧縮された流体の供給源618と負圧ポンプ622の両方を使用して圧力を調節することにより、特に、ライン607内において負圧を維持することが必要とされる際に、相対的に良好な制御が可能となる。動作の際に、弁617、614、及び620は、開放されてもよく、弁612は、閉鎖されてもよく、且つ、負圧ポンプ622は、1つ又は複数の弁50のうちのいずれかを開放する前に、エネルギー供給されてもよい。圧力制御弁610がその最適な動作範囲の中央において設定された状態において、オリフィス621は、トランスデューサ602によって検出される圧力がP_Targetとなるように、調節されてもよい。次いで、コントローラは、後述する圧力制御アルゴリズムの実行を開始してもよく、且つ、1つ又は複数の弁50を伴う充填動作が開始されてもよい。

望ましいP_Targetは、対象である飲料製品に、特に、その製品の粘度に、依存することになる。特定の飲料製品の望ましいP_Targetは、(例えば、14psia(96525.427Pa)と15.5psia(106868.544Pa)の間において0.1psia(689.474Pa)のインターバルにおける)限られた数の試験を実行して充填弁50の入力圧力を対象の製品の充填弁50の出口49を通じた流量に対してマッピングすることにより、判定することができる。望ましい流量を選択することが可能であり、且つ、次いで、対応する圧力を使用してもよい。次いで、フルシステム試験を実行してこの圧力を調節することにより、リザーバから製品を受け取る1つ又は複数の充填弁50を明らかにすることができる。

図9Aに示されているシステム600の実施形態においては、圧力制御弁610の出力及び負圧ポンプ622の入力は、圧力制御ライン607に接続されている。図9Aから理解することができるように、ライン607及びリザーバ601の内部は、共通流体空間を形成している。その他の実施形態においては、圧力制御弁の出力及び負圧ポンプ(或いは、その他の負圧供給源)の入力は、リザーバの内部を含む共通流体空間を形成するラインの異なる構成に接続されてもよい。

リザーバ601は、封止されており、且つ、気圧超において、気圧において、又は気圧未満において、維持されうる。いくつかの実施形態においては、リザーバ601は、雰囲気に換気されてもよく、且つ、充填動作は、「雰囲気への開放」モードにおいて実行されてもよい。

高温充填動作を実行する際には、リザーバ内の飲料製品の温度は、製品内及びその製品によって充填された容器内の両方における微生物の成長を防止するべく、上昇させてもよい。例えば、加熱された製品は、容器の内部の殺菌を支援しうる。いくつかの充填動作においては、容器は、加熱された製品によって充填されると共に栓によって蓋がされた後に、反転させられる。この結果、容器内の加熱された製品が栓の内側表面を殺菌する。

高温充填動作の際には、内部充填弁50のコンポーネントの温度をリザーバの上昇した温度の近傍において維持することが望ましい。充填弁の温度が過剰に低下した場合には、容器内に供給される製品の温度も、過剰に低くなる場合がある。充填弁50が閉鎖された際に製品の流れが完全に停止した場合には、充填弁が次の容器充填動作の開始を待っているのに伴って、充填弁50の内部コンポーネントが冷却される場合がある。例えば、且つ、図2との関連において上述したように、充填弁50は、連続的に回転するカルーセル上に配置されてもよく、且つ、その充填弁50が6時の場所と12時の場所の間において運動している間に、容器内に飲料製品を供給してもよい。この充填弁50が、別の容器を受け入れると共に新しい充填動作を開始するべく、12時の場所と6時の場所の間において運動している間には、製品は、その充填弁50の出口49から流れない。

充填弁が閉鎖されている間の充填弁の過剰な冷却を防止するべく、少量の加熱された製品を、この充填弁を通じて、且つ、製品タンクに戻るように、再循環させることが知られている。但し、多くのタイプの製品の場合に、過剰な再循環は、製品品質を劣化させる可能性がある。従って、再循環の流れは、充填弁を加熱された状態において維持するべく十分なものであることを要するが、充填弁が開放状態にある際の充填弁を通じた流れとの関係において格段に低減された流量におけるものであることを要する。

上述のように、充填弁50は、容器を様々な飲料製品によって充填するべく使用されてもよい。これらの製品のいくつかは、相対的に大きな有形物質を有していてもよい。大きな有形物質を有する製品を再循環させるには、相対的に大きな流体通路が必要とされる。例えば、10mm×10mm×10mmの有形物質を有する飲料製品を再循環させるには、流路が少なくとも0.625インチ(1.5875cm)の幅(例えば、丸い通路の場合には、0.625インチ(1.5875cm)の直径)を有することが望ましい。但し、有形物質を伴わない相対的に低い粘度の飲料の場合には、このサイズの通路を含むように従来型の製品再循環システムを単純に変更すれば、相対的に小さな有形物質を有する(或いは、有形物質をまったく有していない)低粘度の製品の場合に、望ましくない高再循環流量が結果的に得られることになろう。

いくつかの実施形態においては、充填システムは、大きな有形物質の製品を再循環させることができるが、望ましくない高流量において再循環させることなしにその他の製品を再循環させることもできる、製品再循環システムを含んでもよい。この再循環システムを通じた流量は、流量計を使用して監視されてもよい。この流量計の出力に基づいて、再循環システム内の流量は、調節されてもよく、且つ、予め定義されたレベルに維持されてもよい。

図9Bは、少なくともいくつかの実施形態による製品再循環システム650を含む飲料容器充填システムの一部分を示す概略図である。図9Bは、図9Aの拡張であり、且つ、同一の飲料容器充填システムの別の部分を示している。

製品再循環システム650の流路は、可変周波数駆動部(Variable Frequency Drive:VFD)652を装備した可変速度容積式ポンプ651を含む。ポンプ651の入力は、1つ又は複数の充填弁50の1つ又は複数の再循環チューブ13に接続されている。ポンプ651の出力は、バランスタンク655に流れている。流量計653が、ポンプ651の出力とバランスタンク655の間の流路の一部分内に配置されている。質量流量計及び流量発信器又はその他のタイプのトランスデューサを含みうる流量計653は、流量計653を通じた、且つ、従って、製品再循環システム650の流路を通じた、流量を示す信号S_RFMを出力する。フラッシュクーラー又はその他の熱交換器654が、製品再循環システム650の流路内に配置されてもよく、且つ、長期間にわたる加熱からの損傷を防止するべく、飲料製品を冷却してもよい。ポンプ651、可変周波数駆動部652、流量計653、及び熱交換器654は、従来型の市販のコンポーネントであってもよい。従って、且つ、本明細書に記述されている新規の且つ発明のシステムにおけるその使用との関連を除いて、これらのコンポーネントの更なる詳細は提供されない。

流量計653からの信号S_RFMは、コントローラによって受け取られる。図9Bには示されていないが、コントローラは、製品再循環システム650の一部分を形成しており、且つ、図10との関連において説明される。図11Dとの関連において後述する制御アルゴリズムを使用することにより、且つ、受け取った信号S_RFM及び予め設定された制御パラメータに基づいて、コントローラは、信号S_RFCを駆動部652に出力する。これらの信号S_RFCに応答して、駆動部652は、ポンプ651の出力側における流量を調節するべく、ポンプ651の速度を増加又は減少させる。

バランスタンク655は、可変周波数駆動部657によって駆動される第2可変速度容積式ポンプ656の入力に対して出力する。レベルトランスデューサ659は、タンク655内の製品レベルを通知する信号S_LTBをコントローラに出力する。これらの信号S_LTBに基づいて、コントローラは、ポンプ656の速度(並びに、従って、流量)を増加又は減少させるべく、信号S_FBCを生成する。レベルトランスデューサ659、ポンプ656、及び可変周波数駆動部657は、従来型の市販のコンポーネントであってもよい。

ポンプ656の出力は、サージタンク658への入力である。サージタンク658の出力は、可変周波数駆動部によって駆動される第3可変速度容積式ポンプ660の入力に接続されている。ポンプ660の出力は、プロセッサ661に流れている。プロセッサ661は、低温殺菌器又はその他の滅菌器であってもよい。プロセッサ661の出力は、リザーバ601に流れている。プロセッサ661からリザーバ601への流れは、(電流−圧力トランスデューサ665に接続された)バラフライ弁664によって制御されている。コントローラは、レベルトランスデューサ603(図9A)からの信号S_LTに基づいて弁664の位置を制御するべく、信号S_LLを生成する。プロセッサ661の出力における再循環ループは、電流−圧力トランスデューサ663に接続された別のバタフライ弁662を含む。図示されてはいないコントローラからの信号が弁662の位置を制御している。弁662は、例えば、リザーバ601への流れが減速又は中断された場合に、開放することができる。弁662からの流れは、第2フラッシュクーラー669を通じて、飲料製品をサージタンク658に戻す。ポンプ656の後の図9Bに示されているシステムの部分(即ち、サージタンク658、ポンプ及び駆動部660、プロセッサ661、弁662及びトランスデューサ663、弁664、フラッシュクーラー669、並びに、トランスデューサ665)は、加熱された製品を充填弁に供給する充填システムタンクに供給するべく使用される従来型のシステムに類似していてもよい。いくつかの実施形態においては、製品再循環システム650内の通路は、0.625インチ(1.5875cm)の最小幅を有する。

図9Cは、少なくともいくつかの実施形態による製品再循環システム650’を含む飲料容器充填システムの一部分を示す概略図である。このような一実施形態との関連において、図9Cは、図9Bではなく、図9Aの拡張である。図9Cに示されている実施形態のいくつかの態様は、図9Bの実施形態に類似しており、図9Cの要素は、同一の参照符号を有する図8Bの要素の類似しており、且つ、これらと同様の方式によって動作する。但し、再循環システム650’においては、可変流量弁671が追加されている。弁671は、従来型のダイアフラム弁又はその他のタイプの流量低減弁であってもよい。可変速度ポンプ670及びその関連する可変周波数駆動部は、ポンプ651及び駆動部652に類似している。システム650’において、弁671は、流量を調節するべく使用されている。コントローラは、弁671にシステム650’の流路を通じた製品の流量を増加又は減少させる信号S_RFCvを(例えば、弁671に接続された電流−圧力トランスデューサに対して)送信する。コントローラは、流量計653から受け取った信号S_RFMに基づいて、信号S_RFCvを生成してもよい。いくつかの実施形態においては、且つ、いくつかの設定における弁671の例外を伴って、製品再循環システム650’内の通路は、0.625インチ(1.5875cm)の最小幅を有する。但し、コントローラは、弁671内の有形物質のすべての蓄積が洗い流されることを許容するべく十分である開放位置に弁671を定期的に脈動させてもよい。

図9Dは、少なくともいくつかの更なる実施形態による製品再循環システム650’’を含む飲料容器充填システムの一部分を示す概略図である。このような一実施形態との関連において、図9Dは、図9Bではなく、図9Aの拡張である。図9Dに示されている実施形態のいくつかの態様は、図9Bの実施形態に類似しており、図9Dの要素は、同一の参照符号を有する図8Bの要素に類似しており、且つ、これらと同様の方式によって動作する。但し、再循環システム650’’においては、バランスタンク655が、加圧されたバランスタンク680によって置換されている。タンク680は、弁673が電流−圧力トランスデューサ672に接続された状態において、圧力制御弁673を通じて圧縮された空気の供給源に接続されている。可変速度ポンプ670及びその関連する可変周波数駆動部は、ポンプ651及び駆動部652に類似している。但し、システム650’’においては、弁673は、タンク680内の圧力を増加又は減少させることによってシステム650’’内の流路内の背圧を増加又は減少させることにより、流量を調節するべく使用されている。コントローラは、弁673にタンク680内への圧縮された空気の流量を増加又は減少させる信号S_RFCpを電流−圧力トランスデューサ672に送信する。コントローラは、流量計653から受け取った信号S_RFMに基づいて信号S_RFCpを生成してもよい。いくつかの実施形態においては、製品再循環システム650’’内の通路は、0.625インチ(1.5875cm)の最小幅を有する。

図10は、いくつかの実施形態による充填システムのコントローラ1000に対する入出力を示すブロック図である。コントローラ1000は、マイクロプロセッサ、プログラム可能な集積回路(IC)、特殊目的IC、プログラム可能なロジックコントローラ(PLC)、フィールドプログラム可能なゲートアレイ(FPGA)、又は信号を受け取り、命令を実行し、且つ、受け取った信号及び命令に基づいて信号を出力しうるその他のタイプの装置であってもよい。コントローラ1000は、命令及びデータを保存するためのメモリを含んでもよいと共に/又は、別個のメモリコンポーネント(図示されてはいない)にアクセスしてもよい。図10は、単一のコントローラ1000を示しているが、いくつかの実施形態においては、充填システムは、複数のコントローラを含んでもよく、本明細書に記述されているものなどのコントローラの動作は、これらの複数のコントローラの間において分配されている。

コントローラ1000は、コントローラ1000がその上部において様々な充填システムのコンポーネントから信号を受け取る1つ又は複数の入力信号ラインに接続されている。これらの入力信号ラインのいくつかは、アーム20(図7A〜図7D)のロードセル406からの信号S_LCを搬送している。図10に示されているように、コントローラ1000は、複数のロードセル406のそれぞれから別個の入力を受け取ってもよい。これらの入力のそれぞれは、単一の充填器ユニット10に対応したアーム20のロードセル406からの信号S_LCであってもよい。又、コントローラ1000は、コントローラ1000が、その上部において、圧力トランスデューサ602(図9A)からの信号S_PT、流量計653からの信号S_RFM(図9B)、レベルトランスデューサ659からの信号S_LTB、及びレベルトランスデューサ603(図9A)からの信号S_LTを受け取る入力信号ラインにも接続されている。コントローラ1000は、その他のトランスデューサからの信号やプログラミング命令などを受け取るための更なる信号ラインを含んでもよい。例えば、且つ、上述のように、コントローラ1000は、充填弁50が低流量設定点にある際に、光学センサ121から信号を受け取る。

又、コントローラ1000は、コントローラ1000がその上部において制御信号を様々な充填システムコンポーネントに出力する1つ又は複数の出力信号ラインにも接続されている。これらの出力信号ラインのいくつかは、信号を複数の充填器ユニット10のそれぞれの充填器ユニットのアクチュエータのソレノイドまで搬送している。図10に示されているように、これは、それぞれの充填器ユニット10ごとに、ソレノイド509、519、及び559(図8A〜図8H)のそれぞれに対する別個の信号ライン(又は、図8I〜図8Pの実施形態におけるソレノイド509、519、及び559’に対する信号ライン)を含んでもよい。コントローラ1000は、入力信号ラインが、充填器ユニット10に対応したアーム20のロードセル406からの信号S_LCを搬送する状態において、出力信号ラインのそれぞれのグループを充填器ユニット10内のソレノイド509、519、及び559の組に対して関連付ける。又、コントローラ1000は、コントローラ1000が、その上部において、信号S_PCをトランスデューサ611(図9A)に送信し、信号S_RFCを可変周波数駆動部652(図9B)に送信し、且つ、信号S_FBCを駆動部657に送信し、且つ、信号S_LLをトランスデューサ665(図9B)に送信する出力信号ラインにも接続されている。コントローラ1000は、コントローラ1000がその上部において信号をその他の充填システムコンポーネントに送信する更なる信号ラインを含んでもよい。これらの信号は、限定を伴うことなしに、アングルシート弁612、614、及び620に対する信号、電流−圧力トランスデューサ663及び665に対する信号、(図9Cの実施形態における)弁671に対する信号、(図9Dの実施形態における)トランスデューサ672に対する信号、ポンプ660の駆動部に対する信号、(図9C及び図9Dの実施形態における)ポンプ670の駆動部に対する信号、及び負圧ポンプ622に対するオン/オフ信号を含んでもよい。

図11Aは、図8A〜図8H又は図8I〜図8Pに示されている動作との関連においてコントローラ1000によって実行されるアルゴリズムの一例である。図11Aのアルゴリズムは、単一の充填器ユニット及びその対応するアーム20に関係しており、且つ、これらとの関係において説明することとする。但し、コントローラ1000は、それぞれの充填器ユニット及びその対応するアーム20ごとに、図11Aアルゴリズムの別個のインスタンスを同時に実行してもよい。

図8A又は図8Iに示されている充填器ユニットの状態に対応しうるステップ1101において、コントローラ1000は、空の容器がアーム20のグリッパ415内に配置されているかどうかを判定する。いくつかの実施形態においては、コントローラ1000は、容器を検出するべくグリッパ415上において位置決めされた別個の光学又は接触センサに基づいて、この判定を実施してもよい。更にその他の実施形態においては、コントローラ1000は、ロードセル406からの現時点において受け取られた信号S_LCが空の容器の重量に対応しているかどうかに基づいて、この判定を実施している。「いいえ」ループによって示されているように、コントローラ1000は、空の容器がアーム20内に存在する時点まで、ステップ1101の判定の実施を継続する。その時点において、アルゴリズムは、「はい」ブランチ上において、ステップ1102に進む。図8B(又は、図8J)に示されている充填器ユニットの状態に対応しうるステップ1102において、コントローラ1000は、ソレノイド519にエネルギー供給するべく信号を送信する。

次いで、コントローラ1000は、ステップ1103に継続し、ここで、コントローラ1000は、充填されている容器が、例えば、90%のフル状態などのように、「ほぼフル」であるかどうかを判定する。ステップ1103は、図8C(又は、図8K)に示されている充填器ユニットの状態に対応しうる。いくつかの実施形態においては、ステップ1103における判定は、ロードセル406からの信号S_LCがほぼフル状態の容器に対応した重量を示しているかどうかに基づいている。「いいえ」ループによって示されているように、ステップ1103は、容器がほぼフル状態であると判定される時点まで、反復される。この判定が実施されたら、コントローラ1000は、「はい」ブランチ上においてステップ1104に進む。図8D(又は、図8L)に示されている充填器ユニットの状態に対応しうるステップ1104において、コントローラ1000は、ソレノイド519に対する信号の送信を停止し、且つ、ソレノイド509に対する信号の送信を開始する。

次いで、コントローラ1000は、ステップ1105に進み、ここで、コントローラ1000は、光学センサ121から信号を受け取ったかどうかを判定している。ステップ1105は、図8E(又は、図8M)に示されている充填器ユニットの状態に対応しうる。「いいえ」ループによって示されているように、ステップ1105は、光学センサ121からの信号が受け取られる時点まで、反復される。この光学センサ信号が受け取られたら、コントローラは、「はい」ブランチ上においてステップ1106に進む。図8F(又は、図8N)に示されている充填器ユニットの状態に対応しうるステップ1106において、コントローラ1000は、ソレノイド559(又は、ソレノイド559’)にエネルギー供給するべく信号を送信する。次いで、コントローラ1000は、ステップ1107に進み、且つ、充填されている容器が完全にフル状態であるかどうかを判定している。コントローラ1000は、ロードセル406から受け取った信号S_LCがフル容器の重量を示しているかどうかに基づいて、ステップ1107において判定を実施してもよい。ステップ1107は、肯定的なフル容器判定が実施される時点まで、反復され(「いいえ」ループ)、その時点で、コントローラ1000は、ステップ1108に継続する。

図8G(又は、図8O)に示されている充填器ユニットの状態に対応しうるステップ1108において、コントローラ1000は、ソレノイド559(又は、ソレノイド559’)にエネルギー供給するための信号の送信を停止している。次いで、コントローラ1000は、ステップ1109に進み、且つ、アーム20が空であるかどうかを、即ち、充填済みの容器が取り除かれているかどうかを判定する。いくつかの実施形態においては、コントローラ1000は、アーム20上の光学又は接触センサからの信号に基づいて、ステップ1109の判定を実施している。その他の実施形態においては、コントローラ1000は、ロードセル406からの信号S_LCが、装填物が除去されたアーム20の重量に対応しているかどうかに基づいて、ステップ1109における判定を実施している。ステップ1109は、肯定的な空のアームの判定が実施される時点まで、反復され(「いいえ」ループ)、その時点において、コントローラ1000は、ステップ1110に継続する。ステップ1110において、コントローラ1000は、ソレノイド509にエネルギー供給するための信号の送信を停止している。次いで、コントローラ1000は、ステップ1101に戻り、且つ、次の空の容器がアーム20内の位置にあることを通知する信号を待つ。

図11Bは、図8A〜図8H及び図8I〜図8Pに示されているものに類似した動作との関連においてコントローラ1000によって実行されうる代替アルゴリズムの一例であるが、この場合には、光学センサ120は使用されていない。ステップ1121、1122、1123、1126、1127、1128、1129、及び1130は、それぞれ、図11Aのステップ1101、1102、1103、1106、1107、1108、1109、及び1110に類しており、且つ、従って、更なる説明は省略する。ステップ1124において、コントローラ1000は、図11Aのステップ1104のものに類似した動作を実行しているが、タイマをも起動している。このタイマは、充填弁がフル開放状態から望ましい低流量設定点に対応した部分開放状態に進むために必要とされる時間を表す値を有する。ステップ1125において、コントローラ1000は、タイマが満了しているかどうかを判定している。コントローラ1000は、このタイマが満了する時点まで、ステップ1125(「いいえ」ループ)を反復し、且つ、その時点において、コントローラ1000は、「はい」ブランチ上においてステップ1126に進む。

又、上述のように、コントローラ1000は、圧力制御弁610(図9A)の位置を調節するための信号S_PCを送信することにより、リザーバ601内の(又は、リザーバ601からの経路内の)圧力を制御する。いくつかの実施形態においては、コントローラ1000は、PID(Proportional−Integral−Derivative)制御ループアルゴリズムを使用して圧力弁610の設定を制御するべく、命令を実行している。図11Cは、このようなアルゴリズムの一例を示すブロック図である。コントローラ1000のクロックサイクルtにおいて、アルゴリズムは、2つの入力を受け取っている。第1入力は、リザーバ601内において(又は、リザーバ601からの流路内において)維持されるべき望ましいターゲット圧力(P_Target)の値に対応したデータである。この値は、プログラムパラメータとしてメモリ内に保存された定数であってもよい。第2入力は、S_PT(t)であり、クロックサイクルtにおいて受け取った圧力トランスデューサ602からの信号S_PTの値である。加算器1151は、入力のうちの一方を他方から減算し、且つ、結果的に得られた差を時点tにおける圧力誤差値であるE_Pr(t)として出力する。E_Pr(t)値は、比例計算器ブロック1152、積分計算器ブロック1153、及び微分計算器ブロック1154によって受け取られる。値P(1)、P(2)、及びP(3)は、チューニングパラメータであり、「T」は、積分時間インターバル(例えば、アルゴリズムが実行を開始した以降の合計経過時間)である。ブロック1152、1153、及び1154の出力は、第2加算器ブロック1155によって受け取られ、第2加算器ブロック1155は、合計をクロックサイクルtにおける制御信号S_PCであるS_PC(t)として(電流/圧力トランスデューサ611に対して)出力する。コントローラ1000の次のクロックサイクル(t+1)において、図11Cのアルゴリズムは、時間t+1における圧力誤差値であるE_Pr(t+1)を得るべく、第2入力として、S_PT(t)の代わりに、S_PT(t+1)を使用することにより、再度実行され、これにより、E_Pr(t+1)がブロック1152〜1154などに提供される。信号S_PT(t+1)は、サイクルt+1において、且つ、圧力弁610がS_PC(t)に応答して調節された後に、受け取られる信号S_PTの値となろう。図11Cのアルゴリズムは、後のクロックサイクルにおいて類似の方式によって反復されることになろう。

又、上述したように、コントローラ1000は、ポンプ651(図9B)の速度を調節するための信号S_RFCを送信することにより、容積式ポンプ651の速度を制御する。いくつかの実施形態においては、コントローラ1000は、別のPID制御ループアルゴリズムを使用することにより、ポンプ651の設定を制御するための命令を実行する。図11Dは、このようなアルゴリズムの一例を示すブロック図である。コントローラ1000のクロックサイクルtにおいて、アルゴリズムは、2つの入力を受け取っている。第1入力は、製品再循環システム650の流路を通じた望ましい流量に対応したデータである。いくつかの実施形態においては、この値(FL_Target)は、リザーバ601内への合計流量の5%〜15%である。コントローラ1000は、リザーバ601内への流量の百分率を算出することにより、FL_Targetの値を算出してもよい。リザーバ601内への流量は、時間に伴うレベルトランスデューサ603からの連続的データに基づいてコントローラ1000によって判定されてもよい。例えば、値S_LT(t)及びS_LT(t−n)に基づいた流量は、[[S_LT(t)に対応したリザーバ601の容積]−[S_LT(t−n)に対応したリザーバ601の容積]/[(t)−(t−n)]]として算出することが可能であり、ここで、nは、製品レベルの変化を検出するために十分に長い期間に対応したクロックサイクルの数である。第2入力は、クロックtにおいて受け取った流量計653からの信号S_RFMの値であるS_RFM(t)である。加算器1161は、入力のうちの一方を他方から減算し、且つ、結果的に得られる差を時点tにおけう流量誤差値であるE_FL(t)として出力する。E_FL(t)値は、比例計算器ブロック1162、積分計算器ブロック1163、及び微分計算器ブロック1164によって受け取られる。値P(4)、P(5)、及びP(6)は、チューニングパラメータであり、且つ、「T」は、積分時間インターバルである(例えば、アルゴリズムが実行を開始した以降の合計経過時間である)。ブロック1162、1163、及び1164の出力は、第2加算器ブロック1165によって受け取られ、第2加算器ブロック1165は、合計をクロックサイクルtにおける制御信号S_RFCであるS_RFC(t)として(可変周波数駆動部652に対して)出力する。コントローラ1000の次のクロックサイクル(t+1)において、図11Dのアルゴリズムは、時点t+1における流量誤差値であるEFL(t+1)を得るべく、第2入力として、S_RFM(t)の代わりに、S_RFM(t+1)を使用することにより、再度実行され、これにより、E_FL(t+1)がブロック1162〜1164などに提供される。信号S_RFM(t+1)は、サイクルt+1において、且つ、ポンプ651の速度がS_RFC(t)に応答して調節された後に、受け取られる信号S_RFMの値となろう。図11Dのアルゴリズムは、後のクロックサイクルにおいて類似の方式によって反復されることになろう。チューニングパラメータP(4)、P(5)、及びP(6)の値は、既存のタイプの流体の流れシステムに使用されるPIDコントローラを初期化及び調節するための従来の技法を使用することにより、判定することができる。

図9Cの実施形態においては、コントローラ1000は、値671を調節するための制御信号S_RFVcを送信することにより、システム650’の流路を通じた流量を制御している。いくつかの実施形態においては、コントローラは、S_RFCではなく、出力として、S_RFCvを伴って、図11Dのものに類似したPID制御ループアルゴリズムを使用することにより、信号S_RFVcを生成している。図9Dの実施形態においては、コントローラ1000は、弁673を調節するための制御信号S_RFVpを送信することにより、システム650’’の流路を通じた流量を制御している。いくつかの実施形態においては、コントローラは、S_RFCではなく、出力として、S_RFCpを伴って、図11Dのものに類似したPID制御ループアルゴリズムを使用することにより、信号S_RFVpを生成している。

又、上述のように、コントローラ1000は、信号S_FBCを生成することにより、ポンプ656の速度を制御する。いくつかの実施形態においては、コントローラ1000は、別のPID制御ループアルゴリズムを使用することにより、且つ、入力としてのレベルトランスデューサ659からの信号S_LTBに基づいて、信号S_FBCを生成している。例えば、バランスタンク655内の製品レベルの変化のターゲット値(ΔL_Target)は、0において設定されてもよいであろう。入力ΔL(t)は、時間に伴ってS_LTBの値に基づいて算出されうるであろう。次いで、アルゴリズムは、タンク655内において一定レベルの製品を維持するように、チューニングされうるであろう。或いは、この代わりに、信号S_FBCを生成するためのアルゴリズムは、格段に単純なものであってもよいであろう。例えば、タンク655のレベルが特定の値(例えば、80%フル)に到達した際には、常に、コントローラは、タンク655内のレベルが別のレベル(例えば、20%のフル状態)に到達する時点までポンプ656を予め設定された速度で稼働させる信号S_FBCを生成しうるであろう。

図12Aは、いくつかの実施形態による方法のステップを示すブロック図である。第1ステップ1201において、充填システムのリザーバは、第1飲料製品の供給源によって充填される。この充填システムは、本明細書において記述されているものなどの充填システムであってもよく、且つ、1つ又は複数の充填弁50及び/又は本明細書において記述されているものなどのその他のコンポーネントを含んでもよい。ステップ1202において、充填システムは、第1飲料製品を有するリザーバからの容器の高温充填のために使用されている。具体的には、容器が、1つ又は複数の充填弁との関係において充填位置内に配置され、且つ、加熱された製品が、これらの容器内に供給される。ステップ1202の後に、充填システムは、ステップ1203において第2飲料製品の供給源によって充填されている。次いで、ステップ1204において、充填システムは、第2飲料製品を有するリザーバからの容器の無菌充填のために使用されている。ステップ1204の後に、充填システムは、ステップ1205において第3飲料製品の供給源によって充填されている。次いで、ステップ1206において、充填システムは、第3飲料製品を有するリザーバからの容器の充填のために使用されている。ステップ1206の充填動作は、第3製品が冷却されるか又は室温にある間に、且つ、無菌状態を維持することなしに、実行されてもよい。図12Aには示されていないが、更なるセットアップ、浄化、及び/又は殺菌動作が、ステップ1201の前に、ステップ1202及び1203の間において、ステップ1204及び1205の間において、且つ、ステップ1206の後に、実行されてもよい。

第1、第2、又は第3飲料製品のいずれかは、1cps(0.001Pa・s)〜400cps(0.4Pa・s)の粘度を有してもよい。第1、第2、又は第3飲料製品のいずれかは、(上述の範囲内のサイズと、上述の範囲内の濃度と、を有する)有形物質を含んでいてもよく、或いは、有形物質を含んでいなくてもよい。但し、一例として、いくつかの実施形態においては、第1、第2、及び第3飲料製品のうちの1つは、有形物質を含んでおらず、且つ、第1、第2、及び第3飲料製品の別のものは、(例えば、25%で、400立方ミリメートルであるなどのように)、少なくとも10%の容積計測百分率で、125立方ミリメートル〜1000立方ミリメートルの容積を有する有形物質を含む。いくつかの実施形態においては、第1、第2、又は第3飲料製品のうちの1つは、約1cps(0.001Pa・s)〜約50cps(0.05Pa・s)の粘度を有し、第1、第2、又は第3飲料製品の別のものは、約50cps(0.05Pa・s)〜約100cps(0.1Pa・s)の粘度を有し、且つ、飲料製品の別のものは、約100cps(0.1Pa・s)〜約200cps(0.2Pa・s)の粘度を有する。いくつかの実施形態においては、第1、第2、又は第3飲料製品のうちの1つは、約1cps(0.001Pa・s)〜約50cps(0.05Pa・s)の粘度を有し、且つ、第1、第2、又は第3飲料製品の別のものは、約100cps(0.1Pa・s)〜約200cps(0.2Pa・s)の粘度を有する。いくつかの実施形態においては、第1、第2、又は第3飲料製品のうちの1つは、約1cps(0.001Pa・s)〜約100cps(0.1Pa・s)の粘度を有し、且つ、第1、第2、又は第3飲料製品の別のものは、約200cps(0.2Pa・s)〜約400cps(0.4Pa・s)の粘度を有する。

図12Aのステップは、図示の順序において実行される必要はない。例えば、充填システムが、第1飲料製品によって容器を高温充填し、第2飲料製品によって容器を無菌充填し、且つ、第3飲料製品によって容器を低温充填するべく使用される順序は、変更することができよう。

図12Bは、いくつかの実施形態による別の方法のステップを示すブロック図である。ステップ1211において、容器取扱アームは、第1タイプの容器を充填するための第1構成に配置されている。容器取扱アームは、アームによって保持された容器及びその容器の内容物の力F1に応答してロードセルに印加される力F2を示す信号を出力するロードセルを含む。第1構成においては、力F2は、力F1の第1比率である。ステップ1212において、第1構成にある容器取扱アームは、充填弁からの飲料製品によって充填されている間に、第1タイプの容器を保持するべく使用されている。ステップ1213において、容器取扱アームは、第2タイプの容器を充填するべく第2構成に配置されている。第2構成においては、力F2は、力F1の第2比率である。第2比率は、第1位比率とは異なっている。ステップ1214において、第2構成における容器取扱アームは、充填弁からの飲料製品によって充填されている間に、第2タイプの容器を保持するべく使用されている。その他の実施形態においては、図12Bの方法は、容器取扱アームが、更なるタイプの容器を充填するための更なる構成に配置される更なるステップを含んでもよく、更なる構成のそれぞれは、異なるF1:F2比率に対応しており、且つ、容器取扱アームは、飲料製品による充填の際に、且つ、その更なる構成にある際に、更なるタイプの容器を保持するように使用されている。図12Bには示されていないが、例えば、ステップ1212及び1213の間において又はステップ1213及び1214の間において、更なるセットアップ、浄化、及び/又は殺菌動作が実行されてもよい。

図12Cは、いくつかの実施形態による更なる方法のステップを示すブロック図である。ステップ1221において、充填システムのリザーバは、第1飲料製品の供給によって充填されている。この充填システムは、本明細書において記述されているものなどの充填システムであってもよく、且つ、1つ又は複数の充填弁50及び/又は本明細書に記述されているものなどのその他のコンポーネントを含んでもよい。ステップ1222において、充填システムは、第1飲料製品を有するリザーバからの容器の充填のために使用されている。具体的には、容器は、1つ又は複数の充填弁との関係において充填位置に配置され、且つ、製品が、これらの容器内に供給される。ステップ1222において、リザーバの内部の場所における(或いは、リザーバの内部からの流路内における)圧力が第1レベルにおいて維持されている。ステップ1223において、充填システムのリザーバは、第2飲料製品の供給によって充填されている。ステップ1224において、充填システムは、第2飲料製品を有するリザーバからの容器の充填のために使用されている。ステップ1224においては、同一の場所における圧力が、第1レベルとは異なる第2レベルにおいて維持されている。第1及び第2レベルのうちの少なくとも1つは、気圧未満の圧力である。充填システムが、その他の飲料製品を有するリザーバからの容器の充填のために、且つ、場所における圧力を1つ又は複数のその他のレベルにおいて維持しつつ、使用される更なるステップが実行されてもよい。いくつかの実施形態においては、圧力は、その圧力を望ましいレベルの+/−0.1psi(689.474Pa)以内に維持することにより、望ましいレベルにおいて維持されている。許容範囲は、その他の値(例えば、+/−0.05psi(344.737Pa)を有してもよい。いくつかの実施形態においては、第1圧力レベルは、気圧未満であり、且つ、第2圧力レベルは、気圧以上であり、且つ、第1飲料は、第2飲料よりも粘度が低い。いくつかの実施形態においては、第1圧力レベルは、気圧以上であり、且つ、第2圧力は、気圧未満であり、且つ、第1飲料は、第1飲料よりも粘度が高い。図12Cには示されていないが、更なるセットアップ、浄化、及び/又は殺菌動作が、例えば、ステップ1222及び1223の間において実行されてもよい。いくつかの実施形態においては、図12Cの方法は、第3飲料製品の供給によってリザーバを充填する更なるステップと、次いで、リザーバが雰囲気に換気されている間に、この第3飲料製品を有するリザーバから容器を充填する更なるステップと、を含んでもよい。

図12Dは、いくつかの実施形態による更なる方法のステップを示すブロック図である。第1ステップ1231において、充填システムのリザーバは、第1飲料製品の供給によって充填されている。この充填システムは、本明細書において記述されているものなどの充填システムであってもよく、且つ、1つ又は複数の充填弁50及び本明細書において記述されているものなどのその他のコンポーネントを含んでもよい。ステップ1232において、且つ、第1期間において、充填システムは、第1飲料瀬品を有するリザーバからの飲料容器の高温充填のために使用されている。具体的には、容器は、1つ又は複数の充填弁との関係において充填位置に配置され、且つ、製品は、これらの容器内に供給される。第1期間において、充填システムは、(例えば、図9Bの実施形態におけるその流路内の可変流量ポンプの速度を調節することにより、図9Cの実施形態における可変流量弁の設定を調節することにより、図9Dの実施形態における圧力制御弁を調節することにより)、製品再循環流路を通じた流量を自動的に維持している。ステップ1233において、充填システムのリザーバは、第2飲料製品の供給によって充填されている。ステップ1234において、且つ、第2期間において、充填システムは、第2飲料製品を有するリザーバからの飲料容器の高温充填のために使用されている。第2期間において、充填システムは、この場合にも、その製品再循環流路を通じた流量を自動的に維持している。図12Dには示されていないが、更なるセットアップ、浄化、及び/又は殺菌動作が、例えば、1つの製品による容器の充填とその後の異なる製品によるリザーバの充填の間において、実行されてもよい。

第1及び第2飲料製品のうちの一方は、(上述の範囲内のサイズと、上述の範囲内の濃度と、を有する)有形物質を有し、且つ、第1及び第2飲料製品の他方は、有形物質を欠いている。但し、一例として、第1及び第2飲料製品のうちの1つは、少なくとも25%の容積計測百分率で有形物質を有してもよい。これらの有形物質の少なくとも一部分のそれぞれは、少なくとも400立方ミリメートルの個別容積を有してもよい。リザーバが、その他のサイズ及び/又はその他の濃度を有する有形物質(例えば、約1%の濃度及び1mmの立方体内にフィットするサイズを有する有形物質)を有するその他の製品によって充填される更なる又は代替ステップが実行されてもよく、且つ、次いで、充填システムは、製品再循環流路を通じた流量を自動的に維持しつつ、容器内へのその他の製品の加熱された充填を実行するべく使用される。

様々な実施形態によるシステムは、従来型のシステムを使用して可能であるものよりも格段に様々な製品タイプによる容器の充填を許容している。又、様々な実施形態によるシステムは、製品が約20cps(0.02Pa・s)超の粘度を有する際に、或いは、製品が有形物質を有する際に、従来型のシステムによって実際的であるものよりも大きな速度における容器の充填をも許容している。

以上において記述されている変形及び実施形態に加えて、更なる実施形態は、異なる特徴及び/又は特徴の異なる組合せを含んでもよい。例は、限定を伴うことなしに、以下のものを含む。

その他のタイプ、形状、及び構成の磁石が充填弁内において使用されてもよい。シャトル及び/又は駆動スリーブは、その他の構成を有することができよう。シャトルは、羽根208などの流れをまっすぐにさせる羽根を欠いてもよいと共に/又は、異なる構成の流れをまっすぐにする羽根を有してもよい。異なるタイプの端部要素が、(例えば、異なるサイズの開口部を有するカップと共に使用されるべく)シャトルに装着されてもよい。いくつかの実施形態においては、カップ53などの充填弁カップは、別のタイプのカップによって置換されうるであろう。図1A、図1B、及び図3A〜図4Bから理解できるように、カップ53は、クランプ56を緩め、カップ53を取り外し、且つ、新しいカップを位置に載置し、且つ、クランプ56を再締結することにより、容易に置換されうる。1つのシナリオにおいては、容器が充填されるべき1つ又は複数の飲料製品は、有形物質を欠いてもよく、或いは、相対的に小さな有形物質を有してもよく、且つ、大きな有形物質の通過を許容するようにサイズ設定された出口を有するカップに対する必要性が存在しなくてもよい。このようなシナリオにおいては、置換用のカップは、充填の際に相対的に高い精度を得るように、且つ/又は、相対的に小さな開口部を有する容器を充填するように、相対的に小さな開口部を有してもよいであろう。別のシナリオにおいては、高温充填を実行する必要性が存在しなくてもよく、且つ、従って、製品再循環が不要であってもよい。このシナリオにおいては、置換カップは、再循環パイプ13などの再循環パイプを含まなくてもよいであろう。

容器取扱アームは、代替構成において構成及び/又は結合されたレバー、支持ビーム、及びロードセルを含むことができよう。

低流量設定点システムは、制御弁の代替構成及び/又は様々なコンポーネントの代替位置決めを含むことができよう。

リザーバ圧力制御システムのコンポーネントは、代替方式によって構成されうるであろう。代替タイプの流体制御弁、トランスデューサ、及びその他のコンポーネントが使用されうるであろう。

製品再循環システムのコンポーネントは、代替方式によって構成されうるであろう。代替タイプのコンポーネントが使用されうるであろう。

充填弁50の特徴のいくつか又はすべてを有する充填弁は、容器取扱アーム20などの容器取扱アーム、図8A〜図8H(又は、図8I〜図8P)との関連において記述されているものなどの低流量設定点制御システム、図9Aとの関連において記述されているものなどの圧力制御システム、又は図9B〜図9Dとの関連において記述されているものなどの製品再循環システムを含まない充填システムにおいて使用されてもよい。

アーム20の特徴のいくつか又はすべてを有する容器取扱アームは、充填弁50などの充填弁、容器取扱アーム20などの容器取扱アーム、図8A〜図8H(又は、図8I〜図8P)との関連において記述されているものなどの低流量設定点制御システム、図9Aとの関連において記述されているものなどの圧力制御システム、又は図9B〜図9Dとの関連において記述されているものなどの製品再循環システムを含まない充填システムにおいて使用されてもよい。

図8A〜図8H(又は、図8I〜図8P)との関連において記述されているものなどの低流量設定点システムは、その他のタイプの充填弁との関連において使用されてもよく、且つ/又は、容器取扱アーム20などの容器取扱アーム、図9Aとの関連において記述されているものなどの圧力制御システム、又は図9B〜図9Dとの関連において記述されているものなどの製品再循環システムを含まないシステムにおいて使用されてもよい。

図9Aとの関連において記述されているものなどの圧力制御システムは、その他のタイプの充填弁との関連において使用されてもよく、且つ/又は、アーム20などの容器取扱アーム、図8A〜図8H(又は、図8I〜図8P)との関連において記述されているものなどの低流量設定点制御システム、又は図9B〜図9Dとの関連において記述されているものなどの製品再循環システムを含まないシステムにおいて使用されてもよい。

図9B〜図9Dとの関連において記述されているものなどの製品再循環システムは、その他のタイプの充填弁との関連において使用されてもよく、且つ/又は、アーム20などの容器取扱アーム、図8A〜図8H(又は図8I〜図8P)との関連において記述されているものなどの低流量設定点制御システム、又は図9Aとの関連において記述されているものなどの圧力制御システムを含まないシステム内において使用されてもよい。

又、本明細書において記述されているシステムは、その他のタイプの液体によって容器を充填するべく使用することができる。これらの製品は、限定を伴うことなしに、その他のタイプの食品製品、ペンキ、インク、及びその他の液体を含んでもよい。又、このようなその他の製品は、飲料製品について先程示された範囲内の粘度及び有形物質を有してもよい。

実施形態の上述の説明は、例示及び説明を目的として提示されたものである。上述の説明は、本発明のすべてを網羅することを意図したものではなく、或いは、本発明の実施形態を開示された形態そのままに限定することを意図したものでもなく、且つ、上述の教示内容に鑑み、変更及び変形が、可能であり、或いは、様々な実施形態の実施を通じて取得されうる。本明細書において説明されている実施形態は、当業者が本発明を様々な実施形態において且つ想定される特定の使用に適した様々な変更を伴って利用することを可能にするべく、様々な実施形態の原理及び特性並びにその実際的な用途を説明するために選択及び記述されたものである。上述の実施形態からの特徴の任意の且つすべての組合せ、サブ組合せ、及び順列は、本発明の範囲に含まれる。